JPH08313860A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コストアップを抑制しつつ、光利用効率が高く
且つ高画質な投射画像を得る。 【構成】光源１は、一対の電極間のアーク放電により略
楕円状の像を有する照明光Ｌ１を発生させる。照明光Ｌ
１は、コンデンサレンズ２、反射ミラー３、対物レンズ
４を経て例えばＰＤＬＣ画像素子からなる反射型液晶パ
ネル５に入射される。反射型液晶パネル５にて反射され
た光は、投射光Ｌ２となり、対物レンズ４、絞り６の開
口部６ａ、投射レンズ７を経てスクリーン上に投射され
る。このとき、照明光Ｌ１と投射光Ｌ２とは光源１によ
る像の長手方向に直交する方向（図の上下方向）に分離
される。照明光Ｌ１及び投射光Ｌ２の反射ミラー３及び
絞り６における像はその長手方向を互いに平行とし、両
者の像が共にレンズ有効径の中に入るように設計されて
いる。また、絞り６の開口部６ａは光源１による像の長
手方向（紙面に直交する方向）に延びる長孔状に形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、反射型画像素子を用
いた投射型表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、反射型液晶パネルを用いた投
射型液晶表示装置の一般的な構成を示す。図１１におい
て、光源４１は一対の電極４１ａ，４１ｂを有し、その
電極４１ａａ，４１ｂの間が発光部となっている。光源
４１から発せられた照明光はコンデンサレンズ４２、反
射ミラー４３、対物レンズ４４を経て例えばＰＤＬＣ
（高分子分散型液晶）画像素子からなる液晶パネル４５
に入射される。そして、液晶パネル４５から反射された
投射光が対物レンズ４４、絞り４６の開口部４６ａ、投
射レンズ４７を経て図示しないスクリーンに投射され
る。

【０００３】この場合、対物レンズ４４の中心軸（光
軸）に対して対称になるように照明光と投射光とが微小
角度にて分離され、一般には、照明光及び投射光の像は
共にレンズ有効径の中に入るように設計されている。な
お、レンズ有効径とは、良好なる画質を保つことのでき
る対物レンズ４４の射出瞳の径、又は投射レンズ４７の
入射瞳の径に相当し、このレンズ有効径の中に照明光及
び投射光の像を結ぶことにより、高画質な投射画像が得
られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
投射型液晶表示装置では、以下に示す問題を生ずる。即
ち、光源４１は一対の電極４１ａ，４１ｂ間にアークを
発生させるため、その光像は電極４１ａ，４１ｂを結ぶ
方向に延びた略楕円状となる。この場合、図１２（図１
１の対物レンズ４４側から反射ミラー４３及び絞り４６
を見た図）に示すように、反射ミラー４３及び絞り４６
の開口部６ａは例えば円形をなし、光像をレンズ有効径
（二点鎖線で示す径）の中に入れるには、光像（図にＩ
で示す）の大きさが制限されることになる。その結果、
明るい画像を得ることが困難になるという問題を生じ
る。

【０００５】また、図１１において、投射レンズ４７を
図の上方へ移動させればよいように考えられるが、対物
レンズ４４及び投射レンズ４７の光軸がずれるほど、結
像特性が確保しにくくなり、高画質な投射画像を得るこ
とが困難になるという問題を生じる。

【０００６】また、投射画像を明るくするという要望に
応えて例えばコンデンサレンズ４２の焦点距離を短くし
て光像を大きくした場合には、反射ミラー４３や絞り４
６での像（照明光の像，投射光の像）が大きくなり、有
効径の大きい（つまり、一般的に言う「明るい」，「低
Ｆ No.の」投射レンズ４７（又は対物レンズ４４）が必
要になる。その結果、光学系のコストアップを招くとい
う問題が生じる。

【０００７】この発明は、上記問題に解消するためにな
されたものであり、その目的とするところは、コストア
ップを抑制しつつ、光利用効率が高く且つ高画質な投射
画像を得ることができる投射型表示装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、発光部の形状に異方性を
有する光源と、該光源からの照明光を集光する第１のレ
ンズと、該第１のレンズにて集光された照明光を反射さ
せる反射ミラーと、該反射ミラーからの照明光を投射光
として反射させる反射型画像素子と、該反射型画像素子
の入射光及び反射光を通過させる第２のレンズと、前記
反射ミラーに隣接して配置された絞りとを備えた投射型
表示装置において、前記照明光と前記投射光とを前記光
源による像の長手方向に直交する方向に分離し、且つ、
前記絞りの開口部を前記光源による像の長手方向に延び
る長孔状に形成することを要旨としている。３請求項２
に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前
記絞りの開口部の形状を、前記光源による像に略一致さ
せている。

【０００９】請求項３に記載の発明では、請求項１又は
２に記載の発明において、前記第１のレンズは、少なく
とも１枚の正メニスカスレンズを含む２枚以上のレンズ
群からなるように構成している。

【００１０】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、光源は、発光
部の形状に異方性を有するものであって、例えば一対の
電極間のアーク放電により照明光を発生させる。照明光
は第１のレンズにて集光された後、反射ミラーにて反射
され、第２のレンズを通過して反射型画像素子に入射さ
れる。そして、反射型画像素子にて反射された光は、再
び第２のレンズを通過して投射光として取り出される。
その後、投射光は絞りの開口部を通過した後、例えばス
クリーン上に投射され、投射画像が表示される。

【００１１】かかる場合、照明光と投射光とは光源によ
る像の長手方向に直交する方向に分離され、反射ミラー
及び絞りの開口部における照明光及び投射光の像は、そ
の長手方向が平行になる。従って、両方の像の長手方向
に直交する方向の寸法が小さくなり、レンズの有効径の
中で照明光と投射光とを分離する際において、その光の
像を大きくすることが可能となる。その結果、光利用効
率が高く且つ高画質な投射画像が得られることになる。

【００１２】また、絞りの開口部が光源による像の長手
方向に延びる長孔状に形成されるため、不要光（例え
ば、ＰＤＬＣ画像素子での散乱光）を効率的に除去で
き、投射画像のコントラストを向上させることが可能と
なる。

【００１３】請求項２に記載したように、絞りの開口部
の形状を光源による像に一致させた場合、絞りの開口部
において光源による像に一致しない部分が少なくなり、
明るさの低下なしに不要光の除去がより確実に行われ
る。なお、絞りを通過した投射光を入射させる投射レン
ズを構成要件とする場合にも、光源による像の形状が絞
りの開口部の形状に一致することになり、上記と同様に
不要光の除去がより確実に行われる。

【００１４】請求項３に記載したように、少なくとも１
枚の正メニスカスレンズを含む２枚以上のレンズ群にて
第１のレンズを構成すれば、第１のレンズの焦点距離を
短くでき、より明るい投射画像が得られる。つまり、単
レンズの短焦点化による集光効率の向上は、収差やレン
ズ表面の反射損失により限界があるが、上記構成により
その問題が解消される。

【００１５】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明を具体化した第１実施例
を図面に従って説明する。本実施例は、１枚の反射型液
晶パネルを用い、単板式の投射型液晶表示装置を構成す
るものであり、反射型液晶パネルはＰＤＬＣ画像素子に
より構成されている。なお、このＰＤＬＣ画像素子は、
ＴＮ液晶で不可欠であった偏光板を不要にすることがで
きるため、偏光板の光吸収による損失がなく、明るさを
２倍以上にできることが一般的に知られている。

【００１６】図１は、本実施例における投射型液晶表示
装置の構成を示す。図１の光学系において、光源１は例
えばメタルハライドランプにて構成されており、一般に
その光の輪郭（以下、光源像という）は縦横比＝１：
１．５〜１：５の略楕円状となる。光源１の構造を図３
を用いて説明する。図３（ａ）は、光源１を図１のＡ方
向から見た正面図であり、図３（ｂ）は光源１における
発光部の拡大図である。

【００１７】図３（ａ）において、ガラス管１１は左右
の保持部１２ａ，１２ｂにて保持されており、同ガラス
管１１内には、両保持部１２ａ，１２ｂから中央に延び
る電極１３ａ，１３ｂが配設されている。そして、両電
極１３ａ，１３ｂの間が発光部１４となっており、発光
部１４で発生するアークは、図３（ｂ）に示すアーク長
（電極１３ａ，１３ｂ間の距離）及びアーク径（アーク
長手方向に直交する方向のアークの直径）を有する。本
実施例における具体的数値を示すと、アーク長≒２．５
ｍｍ、アーク径≒０．７５ｍｍであり、光源１は縦横比
≒１：３の光源像を発生させる。即ち、発光部１４は異
方性を有している。

【００１８】そして、図１において光源１から発せられ
た照明光Ｌ１は、第１及び第２の集光レンズ２ａ，２ｂ
からなるコンデンサレンズ（第１のレンズ）２を経て反
射ミラー３上に集光される。さらに、照明光Ｌ１は反射
ミラー３にて反射され、対物レンズ（第２のレンズ）４
を経て平行光となった後に反射型液晶パネル５に入射さ
れる。

【００１９】その後、照明光Ｌ１は反射型液晶パネル５
で反射され、投射光Ｌ２として再び対物レンズ４を通過
する。このとき、対物レンズ４の中心軸に対して対称に
なるように照明光Ｌ１と投射光Ｌ２とが微小角度にて分
離され、投射光Ｌ２は反射ミラー３の少し上の位置で集
束される。投射光Ｌ２の集束位置には、所定形状の開口
部６ａを有する絞り６が配設されており、この絞り６の
開口部６ａを通過した投射光Ｌ２が投射レンズ７を経て
図示しないスクリーン上に投射される。

【００２０】つまり、ＰＤＬＣ画像素子を用いた反射型
液晶パネル５では、非散乱光と散乱光とを発するが、絞
り６を設けることにより、非散乱光のみが投影レンズ７
に入射されるようになっている。なお、上述の如く光源
像が略楕円状をなすため、照明光Ｌ１及び投射光Ｌ２は
絞り６の近傍では紙面に直交する方向を長手方向とする
略楕円状の像を有している。

【００２１】図２は、反射ミラー３及び絞り６を拡大し
て示す斜視図である。反射ミラー３及び絞り６は隣接し
て設けられており、絞り６の開口部６ａの形状は横長の
矩形状をなしている。また、反射ミラー３を対物レンズ
４側から見た形状も横長の矩形状をなしている。反射ミ
ラー３の長手方向と絞り６の開口部６ａの長手方向とは
平行になっており、これらの長手方向は前記照明光Ｌ１
及び投射光Ｌ２の像の長手方向に一致している。

【００２２】図４は、図１の対物レンズ４側から反射ミ
ラー３及び絞り６を見た図であり、同図には便宜上、反
射ミラー３及び絞り６の正面図と、光源像の断面図とを
図４（ａ），（ｂ）に分けて示す。図４（ａ）に示すよ
うに、反射ミラー３及び絞り６の開口部６ａは共に、レ
ンズ有効径（二点鎖線で示す）に入るように配置されて
いる。また、図４（ｂ）に示すように、反射ミラー３上
での照明光Ｌ１（図のＩ１）及び絞り６を通過する投射
光Ｌ２（図のＩ２）も共に、レンズ有効径の中で入るよ
うに設計されている。なお、レンズ有効径は、良好な画
質を確保することができる投射レンズ７の入射瞳の径に
相当し、これはレンズ単体の性能により決定される。

【００２３】要するに、光源像（照明光Ｌ１の像，投射
光Ｌ２の像）形状が異方性を有することに着目し、光源
１の電極１３ａ，１３ｂを結ぶ方向が反射ミラー３と絞
り６との境界線に平行になるように、光源１の配置方向
を特定した。つまり、照明光Ｌ１及び投射光Ｌ２を分離
するに際しては、その像の長手方向に直交する方向に分
離するようにした。それにより、前記図４の如くより大
きな像をレンズ有効径の中で得ることができる。その結
果、本実施例では、光利用効率が高く且つ高画質な投射
画像を得ることができる。また、レンズ有効径を大きく
使うことができるため、比較的低価格な投射レンズを使
用することができ、光学系のコストアップを招くことも
ない。

【００２４】また、本実施例では、絞り６の開口部６ａ
が光源による像の長手方向に延びる矩形状に形成される
ため、散乱光等の不要な光を効率的に排除することがで
き、画像のコントラストを向上させることができる。

【００２５】さらに、本実施例では、反射ミラー３（対
物レンズ４側から見た形状）及び絞り６の開口部６ａを
共に矩形状とし、それらの長手方向を互いに平行にした
ことにより、反射型液晶パネル５に入射される照明光Ｌ
１の平行度が向上し、投射画像のコントラストの向上に
寄与できる。このとき、反射ミラー４をより大きくして
も、投射画像のコントラストはやや低下するものの本実
施例の効果が失われるものではない。

【００２６】なお、絞り６の開口部６ａの形状は、矩形
状の他に例えば図５に示す如く変更してもよい。即ち、
図５（ａ）では開口部６ａが台形状をなし、図５（ｂ）
では開口部６ａが半円状をなし、図５（ｃ）では開口部
６ａが楕円状をなす。要するに、光源１による像の長手
方向に延びる長孔状であれば、開口部６ａの形状は任意
でよい。追記すれば、上記形状のうちで図５（ｃ）の形
状は光源１による像に略一致することから、これが不要
光を最も効率的に排除することができると言える。また
同時に、反射ミラー３を対物レンズ４側から見た形状も
同様に変更してもよい。

【００２７】（第２実施例）次に、第２実施例の投射型
液晶表示装置について第１実施例との相違点のみを説明
する。図６は第２実施例における投射型液晶表示装置の
構成を示す。図６において、光源１とコンデンサレンズ
２との間には、１枚の正メニスカスレンズ２１が配設さ
れている。この場合、光源１とコンデンサレンズ２との
間の距離は図１（第１実施例）の構成に比べて例えば約
２／３になる。

【００２８】要するに、単レンズの短焦点化による集光
効率の向上は、収差やレンズ表面の反射損失によって限
界があるが、正メニスカスレンズ２１を用いることによ
りコンデンサレンズ２の焦点距離が短くなり、より明る
い光源像を得ることができる。実験によれば、図１の構
成に比べて明るさを約１．２倍にできることが確認され
た。

【００２９】（第３実施例）次に、第３実施例の投射型
液晶表示装置について第１実施例との相違点のみを説明
する。図７は第３実施例における投射型液晶表示装置の
構成を示す。図７では、図１の投射レンズ７が排除され
ている。この場合、反射ミラー３及び絞り６におけるレ
ンズ有効径は対物レンズ４の射出瞳の径に相当し、この
レンズ有効径の中に照明光Ｌ１の像と投射光Ｌ２の像を
入れることにより、上記実施例と同様に高画質の投射画
像を得ることができる。また、投射レンズ７を排除した
ことにより、光学系の部品点数の削減、並びに小型化を
図ることができる。

【００３０】（第４実施例）次に、第４実施例の投射型
液晶表示装置について第１実施例との相違点のみを説明
する。図８は第４実施例における投射型液晶表示装置の
構成を示す。図８では、光源１の背後に凹面鏡２２が配
設されている。この場合、凹面鏡２２を設けない場合に
比べて、投射画像の明るさを約２倍にすることができ
る。

【００３１】（第５実施例）次に、第５実施例の投射型
液晶表示装置について第１実施例との相違点のみを説明
する。図９は第５実施例における投射型液晶表示装置の
構成を示す。図９では、コンデンサレンズ２と反射ミラ
ー３との間に、照明光Ｌ１を約９０°の角度で反射させ
るミラー２３が配設されている。この場合、光源１の光
軸と対物レンズ４の中心軸（投射レンズ７の中心軸も同
じ）とを略平行にすることで、装置全体の小型化が可能
となる。

【００３２】（第６実施例）次に、本発明を３板式の投
射型液晶表示装置に具体化した第６実施例について、上
記第１実施例との相違点のみを説明する。図１０は、第
６実施例における投射型液晶表示装置の構成を示す。図
１０において、対物レンズ４を通過した照明光Ｌ１は、
同光Ｌ１を赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の波長帯域の
光に色分解するためのダイクロイックプリズム２５に入
射される。ダイクロイックプリズム２５の射出側の３面
には、各々に反射型液晶パネル２６，２７，２８が取り
付けられている。

【００３３】かかる場合、ダイクロイックプリズム２６
は、照明光Ｌ１（白色光）のうち、赤色成分を図の下方
向に反射させ、反射型液晶パネル２６に照射させる。ま
た、青色成分を図の上方向に反射させ、反射型液晶パネ
ル２７に照射させる。さらに、緑色成分を図の左方向に
透過させ、反射型液晶パネル２８に照射させる。各液晶
パネル２６〜２８は、各色成分に対応して色分解された
画像信号で駆動される。そして、各液晶パネル２６〜２
８の反射光が合成されて投射光Ｌ２（白色光）となり、
その投射光Ｌ２が対物レンズ４、絞り６、投射レンズ７
を通過してスクリーンに投射される。

【００３４】この場合、単板式の液晶パネルでのカラー
フィルタ等による光損失が少なくなり、より明るい投射
画像を得ることができる。なお、本発明は上記各実施例
の他に次の様態にて具体化することができる。

【００３５】（１）上記実施例では、絞り６の開口部６
ａの大きさを固定したが、これを可変としてもよい。つ
まり、周囲の照明を十分暗くした場合には、絞り６の開
口部６ａの大きさを小さくすることにより、投射した画
像の明るさは多少低下するが、コントラストを向上させ
ることが可能となる。

【００３６】（２）上記実施例では、光源としてメタル
ハライドランプを用いたが、キセノンランプ等、発光部
の形状に異方性を有する他の光源に変更してもよい。 （３）上記実施例では、反射型画像素子としてＰＤＬＣ
液晶素子を用いたが、他の液晶素子を用いてもよい。ま
た、液晶素子に代えて、膜変形による散乱型画像素子等
を用いて構成してもよい。

【００３７】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、コスト
アップを抑制しつつ、光利用効率が高く且つ高画質な投
射画像を得ることができるという優れた効果を発揮す
る。

【００３８】請求項２に記載の発明によれば、不要光の
除去をより効率的に行うことができる。請求項３に記載
の発明によれば、第１のレンズの焦点距離を短くして、
より明るい投射画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例における投射型液晶表示装置を示す
構成図。

【図２】反射ミラー及び絞りの構成を示す斜視図。

【図３】光源の構成を拡大して示す図。

【図４】対物レンズ側から反射ミラー及び絞りを見た
図。

【図５】絞りの開口部形状を変形させた例を示す図。

【図６】第２実施例における投射型液晶表示装置を示す
構成図。

【図７】第３実施例における投射型液晶表示装置を示す
構成図。

【図８】第４実施例における投射型液晶表示装置を示す
構成図。

【図９】第５実施例における投射型液晶表示装置を示す
構成図。

【図１０】第６実施例における投射型液晶表示装置を示
す構成図。

【図１１】従来技術における投射型液晶表示装置を示す
構成図。

【図１２】対物レンズ側から反射ミラー及び絞りを見た
図。

【符号の説明】

１…光源、２…第１のレンズとしてのコンデンサレン
ズ、３…反射ミラー、４…第２のレンズとしての対物レ
ンズ、５…反射型液晶パネル、６…絞り、６ａ…開口
部、１４…発光部、Ｌ１…照明光、Ｌ２…投射光。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光部の形状に異方性を有する光源と、該
   光源からの照明光を集光する第１のレンズと、該第１の
   レンズにて集光された照明光を反射させる反射ミラー
   と、該反射ミラーからの照明光を投射光として反射させ
   る反射型画像素子と、該反射型画像素子の入射光及び反
   射光を通過させる第２のレンズと、前記反射ミラーに隣
   接して配置された絞りとを備えた投射型表示装置におい
   て、 前記照明光と前記投射光とを前記光源による像の長手方
   向に直交する方向に分離し、且つ、前記絞りの開口部を
   前記光源による像の長手方向に延びる長孔状に形成する
   ことを特徴とする投射型表示装置。
2. 【請求項２】前記絞りの開口部の形状を、前記光源によ
   る像に略一致させる請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 【請求項３】前記第１のレンズは、少なくとも１枚の正
   メニスカスレンズを含む２枚以上のレンズ群からなる請
   求項１又は２に記載の投射型表示装置。