JPH11196355A - 光学装置を備える表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光量のロスや光量のムラを防いで均一な結像
性能を得ることができる光学装置を備える表示装置を提
供すること。 【解決手段】 照明用の光学装置１１は、光変調素子４
５，４９，５３に対して略相似形状の複数のセルレンズ
２１ａを有する第１レンズアレイ２１を含む第１光学ブ
ロック１と、第１光学ブロック１の第１レンズアレイ２
１に対応し、光変調素子４５，４９，５３に対して略相
似形状の複数のセルレンズ２３ａを有する第２レンズア
レイ２３と、第２レンズアレイ２３を通った光束を光変
調素子４５，４９，５３へ向かって集光する第１集光成
分とを含む第２光学ブロック２と、第２光学ブロック２
から射出された光束を所定の位置に結像させるために、
光変調素子４５，４９，５３の近傍に配置される第２集
光成分と、を有する。第１レンズアレイ２１のセルレン
ズ２１ａは、異なった非球面からなる。

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
ネル等の光変調素子（表示デバイス）に対して効率よく
光を照射することができる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、例えばいわゆるライトバルブ
と言われる光変調素子である液晶表示パネル等の光学素
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。このような液晶表示パネル等を用いた
表示装置は、光源から出射される光を３原色に分光し
て、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
ー映像信号は投射レンズを介してスクリーンに拡大投影
している。

【０００３】ところで、このような光学系では、光源か
ら射出される光束を効率よく均一に液晶表示パネルに対
して照射できることが要求される。しかし、光源の発光
面には表面積があり光源を理想的な点光源として用いる
ことは困難であり、現実の光源が発生する光束は大きな
発散角を有する。このため、光源から射出された光束を
効率良く液晶表示パネルに照射することが困難である。
このように大きな発散角を有する光源から射出される光
束を、効率よく液晶表示パネルへ照射するための手段と
しては、例えば小さなレンズを多数格子状に配置した構
造を持つレンズアレイ等を用いて、液晶表示パネルに到
達させる光束を収束し、かつ照度の分布を均一にしよう
とすることが一般に知られている。

【０００４】この種のレンズアレイを用いた一般的な例
を図１７にしたがって説明する。光源５１０には放物面
鏡の焦点位置に例えばメタルハライドランプ５１０ａが
配置されており、放物面鏡の光軸にほぼ平行な光束がそ
の開口から出射される。そして光源５１０から出射され
た光束の中で、赤外領域（ＩＲ）及び紫外領域（ＵＶ）
の不要光線はＵＶ−ＩＲカットフィルタ５１１によって
遮断され有効な光線のみが後方の第１光学ブロック５０
１に導かれる。

【０００５】この第１光学ブロック５０１は、光変調素
子（光空間変調素子）である液晶表示パネル５１７，５
２１，５２７の有効開口のアスペクト比に略相似な外形
を持つ複数の凸状のセルレンズ５１２ａが格子状に配列
されている第１レンズアレイ５１２を含む光学素子によ
って構成されている。

【０００６】第１光学ブロック５０１の後方に配置され
る第２光学ブロック５０２の第２レンズアレイ５１３
は、入射側に複数の凸状のセルレンズ５１３ａを形成
し，出射側には第１集光成分とされている１個の凸面５
１３ｂを少くとも有している。第２レンズアレイ５１３
と液晶表示パネル５１７，５２１，５２７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。この図に示す例では、まずダイクロイッ
クミラー５１４で赤色光Ｒを反射し緑色光Ｇ及び青色光
Ｂを透過させている。このダイクロイックミラー５１４
で反射された赤色光Ｒは、ミラー５１５により進行方向
を９０°曲げられてコンデンサレンズ５１６で収束され
て赤色用液晶表示パネル５１７に入射する。

【０００７】一方、ダイクロイックミラー５１４を透過
した緑色光Ｇ及び青色光Ｂはダイクロイックミラー５１
９により分離されることになる。すなわち、緑色光Ｇは
反射されて進行方向を９０°曲げられてコンデンサレン
ズ５２０を介して緑色用液晶表示パネル５２１に導かれ
る。そして青色光Ｂはダイクロイックミラー５１９を透
過して直進し、リレーレンズ５２２，５２４、コンデン
サレンズ５２６、ミラー５２３，５２５を介して青色用
液晶表示パネル５２７に導かれる。

【０００８】液晶表示パネル５１７，５２１，５２７の
入射側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（図示せず）が、また後方には出射した光の
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。

【０００９】そして液晶表示パネル５１７，５２１，５
２７で光変調された各色の光は、光合成手段としてのダ
イクロイックプリズム５１８によって合成されることに
なる。このダイクロイックプリズム５１８では赤色光Ｒ
は反射面５１８ａで、また青色光Ｂは反射面５１８ｂで
投写レンズ５３０が配置されている方向に反射される。
そして緑色光Ｇが反射面５１８ａ，５１８ｂを透過する
ことで、ＲＧＢ各光が１つの光軸に合成され、投写レン
ズ５３０によって図示されていないスクリーンに拡大投
影される。

【００１０】次に、第１光学ブロック５０１と第２光学
ブロック５０２のレンズアレイ５１２，５１３の構成に
ついて図１８〜図２０にしたがいもう少し詳しく説明す
る。まず図１８は主に第１光学ブロック５０１の光学特
性による光束の形成例を示しており、光源から射出され
た光束Ｌは、第１レンズアレイ５１２の各々のセルレン
ズ５１２ａによって分割され、第１光学ブロック５０１
を射出した後第２光学ブロック５０２の近傍において第
１レンズアレイ５１２の各々のセルレンズ５１２ａに対
応した像を作る。その後、光束は第１集光成分５１３ｂ
により第２集光成分であるコンデンサレンズ５２０へ導
かれる。この時、第１レンズアレイ５１２の外周部のセ
ルによって結像された像点は、第２集光成分であるコン
デンサレンズ５２０に対して周辺画角の物点となる。こ
のように、第１レンズアレイ５１２の各々セルレンズ５
１２ａにより第２光学ブロック５０２の近傍に結像され
た像は、第２集光成分であるコンデンサレンズ５２０に
より投写レンズ５３０の入射瞳Ｅの近傍に再結像され
る。

【００１１】図１９は主に第２光学ブロック５０２によ
る光束の形成例を示しており、第２レンズアレイ５０２
は、その各々のセルレンズ５１３ａの外形寸法と第１レ
ンズアレイ５１２との間隔を適切に設定する事により、
前記照明系の取り込める発散角θをコントロールする。
この取り込まれた発散角内の光束は、第１集光成分であ
る凸面５１３ｂで第２集光成分であるコンデンサレンズ
５２０へ導かれ、前記第１集光成分と前記第２集光成分
を合成した合成集光成分により液晶表示パネル５２１を
効率よくかつ均一に照射する。しかし、この作用は次の
ような問題を生じる。すなわち、凸面５１３ｂの中央部
分を通る光束は、液晶表示パネル５２１に近い位置Ｐ１
で焦点を結ぶが、凸面５１３ｂの周辺部分を通る光束
は、第２レンズアレイ５０２に近い位置Ｐ２で焦点を結
ぶ。つまり、凸面５１３ｂの中央部分から周辺部分にな
る程結像する位置が液晶表示パネル５２１側から第２光
学ブロック５０２側にずれてしまう。

【００１２】以上のように例えば液晶表示パネル５２１
に照射された光束は、前後面に偏光板を有する液晶表示
パネル５２０で変調した後、例えばダイクロイックプリ
ズム５１８のような色合成素子に入射する。なお、第１
集光成分である凸面５１３ｂを経て第２集光成分である
コンデンサレンズ５２０に入射する光は、途中で図示し
ないダイクロイックミラー等の光学素子によって赤色光
Ｒ・緑色光Ｇ・青色光Ｂに分離された光線のうちの緑色
光Ｇである。ダイクロイックプリズム５１８は、４個の
プリズムを所定の反射特性を有している薄膜で形成され
る反射面５１８ａ，５１８ｂを介して貼り合わせて形成
されている。

【００１３】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５１８に対してそれ
ぞれ異なる方向から入射することになる。

【００１４】液晶表示パネル５２１で変調された緑色光
Ｇは、ダイクロイックプリズム５１８をそのまま透過
し、ダイクロイックプリズム５１８に入射した赤色光Ｒ
は反射面５１８ａで、入射した青色光Ｂは反射面５１８
ｂでそれぞれ反射する。つまり、クロスダイクロイック
プリズム５１８によってＲＧＢ各光が合成され、カラー
映像信号が生成され、投写レンズ５３０に入射する。

【００１５】このように、凸レンズ５１２ａ，５１３ａ
が格子状に配列されたレンズアレイ５１２，５１３を光
源の後方に設けることにより、コンデンサレンズのみを
配置した場合よりも光源から出射された光を効率よく、
かつ均一に液晶表示パネル５２１の有効開口に照射する
ことができるようになっている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のこの
ような第１光学ブロック５０１と第２光学ブロック５０
２では、第１レンズアレイ５１２及び前記第２レンズア
レイ５１３の各々が、全く同一形状のレンズセルを格子
状に配置して構成している。このような構成のレンズア
レイを用いた場合の問題点としては、第１に、図１８に
示すように、第１レンズアレイ５１２の各々のセルレン
ズ５１２ａの結像位置とその収差は全く同一である。こ
の時、第１レンズアレイ５１２の各々のセルレンズ５１
２ａにより結像された光束は、第１集光成分である凸面
５１３ｂにより第２集光成分であるコンデンサレンズ５
２０に導かれるが、図１８の破線と実線で示すようにコ
ンデンサレンズ５２０に入射する光束の角度が各々異な
るため、図１８と図２０（Ａ）に示すようにコンデンサ
レンズ５２０による軸外収差の影響を受け、投写レンズ
５３０の瞳Ｅの付近でたとえば領域ＡＲ１，ＡＲ２で示
すように、光束が均一な結像性能とならず光量のロスや
光量のムラを発生する。

【００１７】第２の問題点としては、図１９に示すよう
に第２レンズアレイ５１３の各々のセルレンズ５１３ａ
は、第１集光成分である凸面５１３ｂと第２集光成分で
あるコンデンサレンズ５２０を合成した集光成分によ
り、液晶表示パネル５２１近傍に結像される光束の内の
各々異なった範囲の光束のみに作用する。その結果、図
１９と図２０（Ｂ）のように第２レンズアレイ５１３の
各々のセルレンズ５１３ａは、前記合成集光成分により
各々異なる収差の影響を受け、液晶表示パネル５２１で
は均一な結像性能とならず光量のロスや光量のムラを発
生する。そこで本発明は上記課題を解消し、光量のロス
や光量のムラを防いで均一な結像性能を得ることができ
る光学装置を備える表示装置を提供することを目的とし
ている。

【００１８】

【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、光源と、光源からの光束が照明用の光学装置を
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表示装置であり、この照明用
の光学装置は、光変調素子に対して略相似形状の複数の
セルレンズを有する第１レンズアレイを含む第１光学ブ
ロックと、第１光学ブロックの第１レンズアレイに対応
し、複数のセルレンズを有する第２レンズアレイと、第
２レンズアレイを通った光束を光変調素子へ向かって集
光する第１集光成分とを含む第２光学ブロックと、第２
光学ブロックから射出された光束を所定の位置に結像さ
せるために、光変調素子の近傍に配置される第２集光成
分と、を有し、第１光学ブロックの第１レンズアレイの
セルレンズは、異なった非球面からなることを特徴とす
る光学装置を備える表示装置により、達成される。

【００１９】本発明では、表示装置の光変調素子には、
光源からの光束が照明用の光学装置を介して照射される
ようになっている。表示装置の投写レンズは、変調され
た光束を投写する。この照明用の光学装置の第１光学ブ
ロックは、第１レンズアレイを含んでいる。この第１レ
ンズアレイは複数のセルレンズを有している。第２光学
ブロックは、第２レンズアレイを有している。この第２
レンズアレイは、複数のセルレンズを有している。この
第２レンズアレイは、第１光学ブロックの第１レンズア
レイに対応している。第２光学ブロックの第１集光成分
は、第２レンズアレイを通った光束を光変調素子側は向
けて集光するものである。第２集光成分は、第２光学ブ
ロックから射出された光束を所定の位置、たとえば投写
レンズの瞳の位置に結像させるために、光変調素子の近
傍に配置されている。この場合に、第１光学ブロックの
第１レンズアレイのセルレンズは、異なった非球面から
作られている。これにより、第１レンズアレイのセルレ
ンズが同じ球面ではなく、異なった非球面から作られて
いるので、第１レンズアレイと第２レンズアレイ及び第
１集光成分と第２集光成分を通過した光束は、たとえば
投写レンズの瞳の付近で均一に結像することができる。
これにより投写レンズにおける光量のロスや光量のムラ
を防ぐことができる。

【００２０】上記目的は、本発明にあっては、光源と、
光源からの光束が照明用の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
を備える表示装置であり、この照明用の光学装置は、光
変調素子に対して略相似形状の複数のセルレンズを有す
る第１レンズアレイを含む第１光学ブロックと、第１光
学ブロックの第１レンズアレイに対応し、複数のセルレ
ンズを有する第２レンズアレイと、第２レンズアレイを
通った光束を光変調素子へ向かって集光する第１集光成
分とを含む第２光学ブロックと、第２光学ブロックから
射出された光束を所定の位置に結像させるために、光変
調素子の近傍に配置される第２集光成分と、を有し、第
２光学ブロックの第２レンズアレイのセルレンズは、異
なった非球面からなることを特徴とする光学装置を備え
る表示装置により、達成される。

【００２１】本発明の表示装置では、表示装置の光変調
素子には、光源からの光束が照明用の光学装置を介して
照射するようになっている。表示装置の投写レンズは、
変調された光束を投写する。この照射用の光学装置の第
１光学ブロックは、第１レンズアレイを含んでいる。こ
の第１レンズアレイは光変調素子に対してほぼ相似形状
を有する複数のセルレンズを有している。第２光学ブロ
ックは、第２レンズアレイを有している。この第２レン
ズアレイは、複数のセルレンズを有している。この第２
レンズアレイは、第１光学ブロックの第１レンズアレイ
に対応している。第２光学ブロックの第１集光成分は、
第２レンズアレイを通った光束を光変調素子側は向けて
集光するものである。第２集光成分は、第２光学ブロッ
クから射出された光束を所定の位置に結像させるため
に、光変調素子の近傍に配置されている。この場合に、
第２光学ブロックの第２レンズアレイは、異なった非球
面から作られている。これにより、第２光学ブロックの
第２レンズアレイが、同じ球面ではなく、異なった非球
面から作られているので、第１レンズアレイ、第２レン
ズアレイ、第１集光成分及び第２集光成分を通過した光
束は、たとえば光変調素子から離れたところではなく、
光変調素子上に上手く均一に結像することができる。ま
た、本発明において、好ましくは第１光学ブロックの第
１レンズアレイと第２光学ブロックの第２レンズアレイ
をともに異なった非球面とすることにより、上述した両
方の均一な結像機能を得ることができる。

【００２２】

【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。

【００２３】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１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１を内蔵している。投写型表示装置１が光源３の光を
用いて投写しようとする投写光５は、ミラー１０３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。

【００２４】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１は、光学
装置１１、光源３及び投写レンズ１３を有している。光
源３と投写レンズ１３は、光学装置１１の本体１１ａに
着脱可能に取り付けられている。

【００２５】光源３は、図４に示すように例えば放物面
状の反射鏡３ａとランプ３ｂを有している。このランプ
３ｂ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。一方投写レンズ１３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に対してフォーカ
ス調整できる機構を有している。

【００２６】次に、図４に従って光学装置１１の中の光
学系について説明する。光源３の近くには、フィルター
１５、第１光学ブロック１と第２光学ブロック２が配置
されている。これらのフィルター１５、第１光学ブロッ
ク１と第２光学ブロック２は、光源３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。

【００２７】第１光学ブロック１と第２光学ブロック２
は、例えば長方形状の多数のレンズが平面的に集合した
ものであり、フィルター１５を通ってきた光ＬＰを均等
化して、液晶表示パネル４５，４９，５３側に照明光を
供給し、投写レンズ１３に送る。フィルター１５、第１
光学ブロック１と第２光学ブロック２を通った光Ｌは、
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Ｌ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１３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。

【００２８】光軸ＯＰに沿って、ダイクロイックミラー
２５，２７、リレーレンズ２９、ミラー３１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２５に対応してミラ
ー３７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３７、コンデンサレンズ（第２集光成
分）５１と、及び光変調部材としての液晶表示パネル５
３が配置されている。

【００２９】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２７に対応してコンデンサレ
ンズ（第２集光成分）４７と、光変調部材としての液晶
表示パネル４９が配置されている。光軸ＯＰ１、光軸Ｏ
Ｐ３と平行な光軸ＯＰ４に沿って、ミラー３１に対応し
てリレーレンズ３３とミラー３５が配置されている。そ
して、ミラー３５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（第２集光成分）４３、そして光変調部材としての液
晶表示パネル４５が配置されている。

【００３０】これらの液晶表示パネル５３，４９，４５
に対応して、ダイクロイックプリズム（光合成部材、又
は合成光学素子、あるいはクロスプリズムとも呼ぶ）４
１が配置されている。このダイクロイックプリズム４１
に対応して投写レンズ１３が位置している。ダイクロイ
ックミラー２５，２７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。

【００３１】図４の光Ｌの赤色光（Ｒ）は、ダイクロイ
ックミラー２５で反射されてミラー３７側に送られると
ともに、光Ｌの緑色光（Ｇ）と青色光（Ｂ）はダイクロ
イックミラー２５と透過して、ダイクロイックミラー２
７側に送られる。緑色光（Ｇ）は、このダイクロイック
ミラー２７で反射されて、コンデンサレンズ４７、及び
液晶表示パネル４９に送られる。青色光（Ｂ）は、ダイ
クロイックミラー２７を通過し、リレーレンズ２９を通
りミラー３１で反射されて、そしてリレーレンズ３３を
通ってミラー３５で反射されることにより、コンデンサ
レンズ４３と、液晶表示パネル４５を通る。

【００３２】一方、赤色光（Ｒ）はミラー３７で反射さ
れて、コンデンサレンズ５１及び、液晶表示パネル５３
を通る。

【００３３】次に、図４に示すダイクロイックプリズム
４１について説明する。このダイクロイックプリズム４
１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４１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
わせて形成されたプリズムである。各プリズム４１Ａ、
４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ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４１
ａ，４１ｂ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）４１ａと４１ｂは、プリズム４１Ａ，４
１Ｂ，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４１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。

【００３４】次に、図４において光源３のランプ３ｂ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３ｂが発生する光ＬＰは、
フィルター１５を通って不要光線（赤外と紫外）を除去
されて光Ｌとなる。この光Ｌの赤色光Ｒは、ダイクロイ
ックミラー２５で反射されて、ミラー３７で反射後に、
コンデンサレンズ５１、及び液晶表示パネル５３を通っ
て、ダイクロイックプリズム４１の光学薄膜４１ａで反
射される。

【００３５】一方、光Ｌの緑色光Ｇと青色光Ｂの成分
は、ダイクロイックミラー２５を通り、そのうちの緑色
光Ｇがダイクロイックミラー２７で反射されてコンデン
サレンズ４７、液晶表示パネル４９を通りダイクロイッ
クプリズム４１の光学薄膜４１ａ，４１ｂを通る。ダイ
クロイックミラー２７を通った青色光Ｂは、リレーレン
ズ２９を通りミラー３１で反射されて、リレーレンズ３
３を通りさらにミラー３５で反射する。この青色光Ｂ
は、コンデンサレンズ４３、及び液晶表示パネル４５を
通って、ダイクロイックプリズム４１の光学薄膜４１ｂ
で反射する。

【００３６】このように、ダイクロイックプリズム４１
に集合した赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂは光学薄膜４
１ａ，４１ｂ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５３，４９，４
５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１３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。

【００３７】次に、上述した第１光学ブロック１と第２
光学ブロック２について図４〜図１０を参照して説明す
る。まず図４、図５及び図６を参照すると、第１光学ブ
ロック１と第２光学ブロック２は、光軸ＯＰに対して、
垂直にかつ間隔をおいて配置されている。第１光学ブロ
ック１と第２光学ブロック２は、フィルタ１５と平行に
配置されており、かつフィルタ１５とダイクロイックミ
ラー２５の間に位置している。図４の光源３のランプ３
ｂが発生する光ＬＰは、略平行光となってフィルタ１５
及び第１光学ブロック１に入射する。そしてこの光ＬＰ
が第１光学ブロック１及び第２光学ブロック２を通る
と、光Ｌとしてダイクロイックミラー２５に達する。

【００３８】第１光学ブロック１は、図４〜図６に示す
ように、第１レンズアレイ２１を有している。この第１
レンズアレイ２１は、例えば図７（Ａ）に示すように、
格子状に配列されたセルレンズ２１ａ〜２１ｄを有して
いる。これらの複数のセルレンズ２１ａ〜２１ｄは、少
なくとも２種類の異なる非球面から構成されている。た
とえばセルレンズ２１ａ，２１ｄの非球面の形状と、セ
ルレンズ２１ｂ，２１ｃの非球面の形状とが、異なって
いる。しかし、すべてのセルレンズ２１ａ〜２１ｄの非
球面の形状が、それらのセルレンズの位置に応じて互い
に異なっていてもよい。

【００３９】一方、第２光学ブロック２は、図４〜図６
に示すように第２レンズアレイ２３を有している。この
第２レンズアレイ２３は図７（Ｂ）に示すように複数の
セルレンズ２３ａ〜２３ｄを有している。この各セルレ
ンズ２３ａ〜２３ｄは、図７（Ａ）の第１レンズアレイ
２１のセルレンズ２１ａ〜２１ｄにそれぞれ対応した位
置にある。セルレンズ２３ａ〜２３ｄは、図９（Ｂ）に
示すように例えば少なくとも２種類の異なる非球面から
構成されている。たとえばセルレンズ２３ａ，２３ｄの
非球面の形状と、セルレンズ２３ｂ，２３ｃの非球面の
形状とが、異なっている。しかし、すべてのセルレンズ
２３ａ〜２３ｄの非球面の形状が、それらのセルレンズ
の位置に応じて互いに異なっていてもよい。

【００４０】図７（Ａ）のセルレンズ２１ａ〜２１ｄの
アスペクト比（横の長さ対縦の長さの比）は、例えば１
６：９に設定されている。このセルレンズ２１ａのアス
ペクト比は、光変調素子である図４の液晶表示パネル４
５，４９，５３のアスペクト比及び図４のスクリーン１
０２のアスペクト比と概略一致させている。

【００４１】図８及び図９に示す各セルレンズ２１ａ〜
２１ｄ，２３ａ〜２３ｄが、好ましくは少なくとも２種
類の異なる非球面から構成することにより、さらに好ま
しくは各セルレンズ２１ａ〜２１ｄ，２３ａ〜２３ｄが
おのおの異なる非球面であれば、図５と図６に例示する
ように、光束の結像位置の収差を自由にコントロールす
ることで、均一な結像状態を得ることができる。第２光
学ブロック２は、上述した第２レンズアレイ２３の他
に、第１集光成分２３ｆを有している。この第１集光成
分２３ｆは凸面状のものであり、第２レンズアレイ２３
と一体に形成されている。この第２光学ブロック２と、
液晶表示パネル４５，４９，５３の間には、第２集光成
分であるコンデンサレンズ４３，４７，５１が各々配置
されている。

【００４２】図５と図６は、上述したように第１光学ブ
ロック１と第２光学ブロック２の光学的機能により、均
一な結像状態を得ることを説明する一例を示している。
図５は、主に第１光学ブロック１の第１レンズアレイ２
１のセルレンズ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが、少
なくとも２種類の異なる非球面から構成され、さらに好
ましくは互いに異なる形状の非球面であることにより、
投写レンズ１３の入射瞳Ｅにおいて、均一に上手く結像
することができることを示している。これに対して図６
は、第２光学ブロック２の第２レンズアレイ２３のセル
レンズ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが、少なくとも
２種類の異なる非球面から構成されしかも互いに異なる
形状の非球面であることにより、その結像位置ＦＰが、
液晶表示パネル４９の上に形成できる例を示している。
図５と図６は、緑色光Ｇの例を一例として示しており、
光学系としては第１光学ブロック１、第２光学ブロック
２、そしてコンデンサレンズ４７、液晶表示パネル４９
及びダイクロイックプリズム４１を示している。

【００４３】これから説明する第１光学ブロック１及び
第２光学ブロック２による結像特性等は、緑色光Ｇに関
するものの他に、赤色光Ｒ及び青色光Ｂにおいても同様
に発揮できるので、緑色光Ｇを代表して図５と図６を参
照して、第１光学ブロック１と第２光学ブロック２の特
徴的な機能について説明する。図５において、第１光学
ブロックのセルレンズ２１ａ〜２１ｄの非球面形状を、
主に第２集光成分であるコンデンサレンズ４７に起因す
る第１光学ブロック１以降の光学系で発生する収差を打
消すように最適化することによって、図５の実線あるい
は破線で示すように第１レンズアレイにより第２レンズ
アレイ近傍に結像された像を投写レンズ１３の瞳Ｅ上に
結像させることができる。これにより、投写レンズ１３
の入射瞳Ｅに対してより均一な結像状態を得ることがで
き、効率のよい均一で光量のロスがなく光量のムラのな
い照明を得ることができる。

【００４４】次に、図６を参照して、主に第２光学ブロ
ック２のセルレンズ２３ａの機能について説明する。光
Ｌは第１光学ブロック１のセルレンズ２１ａを通り第２
光学ブロック２のセルレンズ２３ａ〜２３ｄを通って、
第１集光成分２３ｆにより集光されることで、コンデン
サレンズ４７を通った後液晶表示パネル４９上に結像さ
れる。このように、主に第２光学ブロック２のセルレン
ズ２３ａ〜２３ｄの非球面の形状を第１集光成分２３ｆ
の球面収差を補正するような形状に最適化することによ
り従来と異なり、液晶表示パネル４９の上に上手く均一
に結像させることができる。

【００４５】これにより、従来第１レンズアレイと第２
レンズアレイは同じ球面のセルレンズにより構成されて
いるが、この従来の構成に比べて、図６の実施の形態に
おける第２レンズアレイ２３の非球面のセルレンズ２３
ａ〜２３ｄを用いることにより、第１集光成分２３ｆと
コンデンサレンズ４７により合成される合成集光成分に
より発生する収差を上手く補正して、第２レンズアレイ
の各セルレンズに対応する結像位置ＦＰを液晶表示パネ
ル４９の上に均一に定めることができる。この結果、液
晶表示パネル４９の近傍により均一な結像状態を得るこ
とができ、効率のよい均一な照明であって、しかも光量
のロスがなく光量のムラのない照明を得ることができ
る。なお、第２レンズアレイ２３のそれぞれのセルレン
ズ２３ａ〜２３ｄは、少くとも２種類以上の異なる非球
面を有し、かつそれらの位置により、互いに異なる形状
の非球面形状を有している。

【００４６】また、図５と図６では、第１光学ブロック
１と第２光学ブロック２におけるセルレンズ２１ａ〜２
１ｄ，２３ａ〜２３ｄは、それぞれ少なくとも２種類の
非球面から構成されており、より好ましくは隣接するセ
ルレンズ２１ａ〜２１ｄあるいは隣接するセルレンズ２
３ａ〜２３ｄは互いに異なる非球面形状としている。し
かし、これに限らず第１光学ブロックのみに本発明の実
施の形態のセルレンズ２１ａ〜２１ｄのみを採用するこ
ともできるし、逆に第２光学ブロックのみに本発明の実
施の形態のセルレンズ２３ａ〜２３ｄを採用することも
できる。いずれにしても図５と図６の実施の形態は、最
も好ましい第１光学ブロック１と第２光学ブロック２を
組み合わせた最良の形態である。

【００４７】図６と図７では、緑色光Ｇについて説明し
たが、赤色光Ｒ及び青色光Ｂについても同様であり、３
原色（ＲＧＢ）についてこのような機能を発揮すること
ができる。

【００４８】図１０は、図６と図７を合成して簡単に示
した光路図である。繰り返しにはなるが、投写レンズ１
３の瞳（入射瞳）Ｅに像を形成する場合には、主に第１
光学ブロック１のセルレンズ２１ａが機能する。逆に、
液晶表示パネル４９の上に像を形成する場合には、第２
光学ブロック２の第２レンズアレイ２３のセルレンズ２
３ａが機能する。

【００４９】次に、図１１〜図１６を参照して本発明の
別の実施の形態について説明する。図１１は、図４の実
施の形態で示す光学装置１１の第１光学ブロック１と第
２光学ブロック２の間に偏光変換素子１３１が入ってい
る。この偏光変換素子１３１は、例えば光源３からの光
ＬＰがフィルタ１５を通り第１光学ブロック１を通った
後のＰ波とＳ波の合成された光を、例えばＰ波のみを第
２光学ブロック２に照射するようになっている。このよ
うにすることで、さらに光源３からの光束をより効率よ
くかつ均一にライトバルブである液晶表示パネルに対し
て照射することができる。この偏光変換素子１３１は、
通常の光源３から放射される光ＬＰが有する２種類の偏
光面の内の、一方の偏光面を分離して変換するものであ
る。すなわち偏光面は一般にＰ偏光成分（Ｐ波）とＳ偏
光成分（Ｓ波）に分けることができる。この種の表示装
置では、この光源３から出ている光束を液晶表示パネル
に入射する以前に、このような偏光変換素子１３１を用
いて、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波かのいずれか一方の偏光面を有す
る光のみに変換して照射するようにしている。

【００５０】Ｐ波又はＳ波を得る手段である偏光変換素
子としては、偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｉ
ｎｇ Ｂｅａｍｓｐｌｉｔｔｅｒｓ・・・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。そしてＳ波をプリズムの端面で反射させて平
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波に変換する方法がある。このような偏
光変換素子を用いることにより、従来偏光板により吸収
されてしまっていた光を有効に利用し、光源から出射さ
れた光を効率よく、かつ均一に液晶表示パネルに照射す
ることができるようになっている。

【００５１】次に、図１２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参
照する。図１２（Ａ）の第２光学ブロック２には、第２
レンズアレイ２３の各セルレンズ２３ａ〜２３ｄが、図
４における光源３側に形成されている。図１２（Ａ）の
各セルレンズ２３ａ〜２３ｄには、それぞれ第１集光成
分２３ｆが１つずつ一体的に形成されている。図１２
（Ｂ）の第２光学ブロック２の第２レンズアレイ２３の
セルレンズ２３ａ〜２３ｄは、１つの大きな第１集光成
分２３ｆに対して一体的に形成されている。第２光学ブ
ロック２の第２レンズアレイ２３のセルレンズ２３ａ〜
２３ｄは第１光学ブロック１側に面している。図１２
（Ｃ）は、第２光学ブロック２のさらに別の実施の形態
を示しておりこの第２光学ブロック２の第２レンズアレ
イ２３と第１集光成分２３ｆの間には、空気の空間Ｈが
形成されている。

【００５２】次に図１３は、光源３、偏光変換素子２３
１、第１光学ブロック１、第２光学ブロック２、コンデ
ンサレンズ（第２集光成分）４７、液晶表示パネル４９
及びダイクロイックプリズム４１の例を示している。こ
の例では、偏光変換素子２３１が第１光学ブロック１と
光源３の間に配置されている。この偏光変換素子２３１
は、図１１に示す偏光変換素子１３１と同様の機能を有
しており、光ＬＰからＰ波あるいはＳ波のみに変換して
第１光学ブロック１側に伝えることができる。

【００５３】図１４の実施の形態では、偏光変換素子３
３１は、第１光学ブロック１と第２光学ブロック２の間
に配置されている。図１５の実施の形態では、第２光学
ブロック２の第２レンズアレイ２３と第１集光成分２３
ｆが空気間隔Ｈを隔てて配置されており、この空気の空
間Ｈの中に偏光変換素子４３１が配置されている。

【００５４】次に図１６（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、
例えば図４の光合成素子としてのダイクロイックプリズ
ム４１に代えて使用できる光合成手段の例を示してい
る。図１６（Ａ）は、いわゆるＬ字型の光合成手段であ
り、プリズム４００，４０１，４０２を組み合わせたも
のであり、これらのプリズム４００，４０１，４０２に
対応して光変調素子あるいは液晶表示パネル４０３，４
０４，４０５が配置されている。図１６（Ｂ）の光合成
手段は、同様にプリズム６００，６０１，６０２から構
成されている。これらのプリズム６００，６０１，６０
２に対応して３つの液晶表示パネル７００，７０１，７
０２が配置されている。図１６（Ｃ）の光合成手段は、
２枚のダイクロイックミラー８００，８０１と、３つの
液晶表示パネル９００，９０１，９０２により構成され
ている。

【００５５】本発明の実施の形態においては、このよう
な図１６（Ａ）〜（Ｃ）の光合成手段を、図４等のダイ
クロイックプリズム４１に入れ換えて使用することも可
能である。

【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単板式のも
の等にも採用できる。またライトバルブあるいは光変調
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】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光量のロスや光量のムラを防いで均一な結像性能を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表示装置の一例を示す斜視図。

【図２】図１の表示装置の内部構造を示す図。

【図３】図１と図２の表示装置に設けられた投写型の表
示装置を示す図。

【図４】投写型表示装置の光学装置の構造を示す図。

【図５】第１光学ブロック及び第２光学ブロックとその
他の光学要素を示し、主に第１光学ブロックが結像させ
る様子を示す図。

【図６】主に第２光学ブロックが液晶表示パネル側に結
像させる様子を示す図。

【図７】第１光学ブロックのセルレンズと第２光学ブロ
ックのセルレンズの配列例を示す図。

【図８】第１光学ブロックの各セルレンズと、液晶表示
パネル、そしてスクリーンのアスペクト比が同じである
例を説明している図。

【図９】第１光学ブロックのセルレンズと第２光学ブロ
ックのセルレンズの形状を示す断面図。

【図１０】第１光学ブロック及び第２光学ブロックによ
り形成される光束及びその結像の例を示す図。

【図１１】本発明の別の実施の形態を示す図。

【図１２】本発明の別の実施の形態を示す図。

【図１３】本発明の別の実施の形態を示す図。

【図１４】本発明の別の実施の形態を示す図。

【図１５】本発明の別の実施の形態を示す図。

【図１６】本発明の別の実施の形態を示す図。

【図１７】従来の投写型のプロジェクタの光学系の一例
を示す図。

【図１８】図１７の従来の光学系における問題点を示す
図。

【図１９】図１７の従来の光学系における問題点を示す
図。

【図２０】従来の光学系における問題点を説明する図。

【符号の説明】

１・・・第１光学ブロック、１・・・投写型表示装置、
２・・・第２光学ブロック、３・・・光源、１３・・・
投写レンズ、２１・・・第１レンズアレイ、２１ａ〜２
１ｄ・・・セルレンズ、２３・・・第２レンズアレイ、
２３ａ〜２３ｄ・・・セルレンズ、２３ｆ・・・第２光
学ブロックの第１集光成分、４５，４９，５３・・・液
晶表示パネル（光変調素子、ライトバルブ）、１３１・
・・偏光変換素子

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 光源からの光束が照明用の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表示装
   置であり、 この照明用の光学装置は、 光変調素子に対して略相似形状の複数のセルレンズを有
   する第１レンズアレイを含む第１光学ブロックと、 第１光学ブロックの第１レンズアレイに対応し、複数の
   セルレンズを有する第２レンズアレイと、第２レンズア
   レイを通った光束を光変調素子へ向かって集光する第１
   集光成分とを含む第２光学ブロックと、 第２光学ブロックから射出された光束を所定の位置に結
   像させるために、光変調素子の近傍に配置される第２集
   光成分と、を有し、 第１光学ブロックの第１レンズアレイのセルレンズは、
   異なった非球面からなることを特徴とする光学装置を備
   える表示装置。
2. 【請求項２】 第１光学ブロックの第１レンズアレイの
   セルレンズは、少なくとも２種類の非球面か各々異なっ
   た非球面からなる請求項１に記載の光学装置を備える表
   示装置。
3. 【請求項３】 光源と、 光源からの光束が照明用の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表示装
   置であり、 この照明用の光学装置は、 光変調素子に対して略相似形状の複数のセルレンズを有
   する第１レンズアレイを含む第１光学ブロックと、 第１光学ブロックの第１レンズアレイに対応し、複数の
   セルレンズを有する第２レンズアレイと、第２レンズア
   レイを通った光束を光変調素子へ向かって集光する第１
   集光成分とを含む第２光学ブロックと、 第２光学ブロックから射出された光束を所定の位置に結
   像させるために、光変調素子の近傍に配置される第２集
   光成分と、を有し、 第２光学ブロックの第２レンズアレイのセルレンズは、
   異なった非球面からなることを特徴とする光学装置を備
   える表示装置。
4. 【請求項４】 第２光学ブロックの第２レンズアレイの
   セルレンズは、少なくとも２種類の非球面か各々異なっ
   た非球面からなる請求項３に記載の光学装置を備える表
   示装置。
5. 【請求項５】 第２光学ブロックの第２レンズアレイの
   セルレンズは、少なくとも２種類の非球面か各々異なっ
   た非球面からなる請求項２に記載の光学装置を備える表
   示装置。
6. 【請求項６】 第１光学ブロックの第１レンズアレイの
   セルレンズは、少なくとも２種類の非球面か各々異なっ
   た非球面からなる請求項４に記載の光学装置を備える表
   示装置。
7. 【請求項７】 第２光学ブロックの第１集光成分が第２
   レンズアレイと一体に形成されている請求項１に記載の
   光学装置を備える表示装置。
8. 【請求項８】 第２光学ブロックの第１集光成分が第２
   レンズアレイと一体に形成されている請求項３に記載の
   光学装置を備える表示装置。
9. 【請求項９】 第２光学ブロックの第１集光成分が第２
   レンズアレイの各々のセルレンズと一体に形成されてい
   る請求項１に記載の光学装置を備える表示装置。
10. 【請求項１０】 第２光学ブロックの第１集光成分が第
    ２レンズアレイの各々のセルレンズと一体に形成されて
    いる請求項３に記載の光学装置を備える表示装置。
11. 【請求項１１】 第２光学ブロックの第２レンズアレイ
    と、第１集光成分は、間隔をおいて隔てて配置されてい
    る請求項１に記載の光学装置を備える表示装置。
12. 【請求項１２】 第２光学ブロックの第２レンズアレイ
    と第１集光成分は、間隔をおいて隔てて配置されている
    請求項３に記載の光学装置を備える表示装置。
13. 【請求項１３】 光源と第１光学ブロックの間には、偏
    光変換素子が配置されている請求項１に記載の光学装置
    を備える表示装置。
14. 【請求項１４】 光源と第１光学ブロックの間には、偏
    光変換素子が配置されている請求項３に記載の光学装置
    を備える表示装置。
15. 【請求項１５】 第１光学ブロックと第２光学ブロック
    の間には、偏光変換素子が配置されている請求項１に記
    載の光学装置を備える表示装置。
16. 【請求項１６】 第１光学ブロックと第２光学ブロック
    の間には、偏光変換素子が配置されている請求項３に記
    載の光学装置を備える表示装置。