JPH11231802A - プロジェクタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の利用効率を向上する。 【解決手段】 ランプ１から出射される光のうち、垂直
方向において液晶パネル８以外の領域に出射される光を
偏向して、液晶パネル８の入射面に形成されるマイクロ
レンズアレーの各マイクロレンズに対して所定の入射角
度で入射させることができる偏光ブロック４を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ランプの光を変調
して画像を形成するプロジェクタ装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図９は例えば１枚の液晶パネルを用いた
単板式液晶プロジェクタ装置の光学系の一構成例を示す
摸式図である。ランプ４０は例えば楕円型のリフレクタ
４０ａを有しており、発光部４０ｂから出射された光線
を前方に反射する。また、図示は省略するが例えば放物
面リフレクタを有したランプを用いて、その前方にコン
デンサレンズ等の集光手段等を配置して集光することも
知られている。ランプ４０から出射した光線（ＲＧＢ）
はリレーレンズ系４１を介してフィールドレンズ４２に
入射する。リレーレンズ系４１には図示していないが集
光用の格子が設けられており、この格子を通過する像が
仮想光源とされフィールドレンズ４２に入射する。

【０００３】フィールドレンズ４２はリレーレンズ系４
１から入射した光線を平行光として出射することができ
るようにされており、すなわちリレーレンズ４１とフィ
ールドレンズ４２によってテレセントリック系を形成し
ている。フィールドレンズ４２から平行光として出射さ
れた光線は、この光線に対して例えば水平方向に例えば
約４５°の角度を有して配置されている全反射ミラー４
３で反射されて、色分離部４４によってＲＧＢ各色に分
離される。色分離部４４は赤色光のみを反射するダイク
ロイックミラー４４Ｒ、緑色光のみを反射するダイクロ
イックミラー４４Ｇ、青色光のみを反射するダイクロイ
ックミラー４４Ｂによって構成され、フィールドレンズ
４２から入射する光線に対して水平方向に例えば約４５
°程度の角度を有して配置されている。各ダイクロイッ
クミラー４４（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、後述する液晶パネルに
よって形成される画像の水平ラインと同方向に発散して
出射するように、それぞれ所定の煽り角δを有して配置
されており、ここで反射された各色光は発散角２δで出
射することで色分離が行なわれる。

【０００４】色分離部４４で分離された各色光（Ｒ、
Ｇ、Ｂ）は、例えば偏光板４５、液晶パネル４６、偏光
板４７等からなる液晶パネル部４８に入射する。液晶パ
ネル４６は図示していない経路から供給される駆動信号
によって画素を形成している液晶を駆動して、偏光板４
５を介して入射した各色光の透過を制御して光変調を行
なう。そして液晶パネル部４８で光変調されたＲＧＢ各
色の光線は偏光板４７を介して投影レンズ４９で拡大さ
れて例えば壁などに掛けられているスクリーン５０に映
し出される。なお、全反射ミラー４３は光学系の小型化
を考慮して配置されているので、図示した構成において
は必ずしも必要ではない。したがって、テレセントリッ
ク系からの平行光を直接色分離部４４に入射するように
構成することも可能である。

【０００５】ここで、図１０（ａ）（ｂ）の摸式図にし
たがい、液晶パネル４６の構成及びＲＧＢ各色光の光路
を説明する。図１０（ａ）に示されているように、液晶
パネル４６の入射面には、例えば高精細パネルに対応す
るために液晶を駆動するＴＦＴ（Thin Film Trangiste
r）基板の対向基板内、すなわち液晶部６１の前段にマ
イクロレンズ６２ａ、６２ａ、６２ａ・・・が形成され
ているマイクロレンズアレー６２が形成されている。そ
してマイクロレンズ６２ａで集光されたＲＧＢ各色光線
は液晶部６１で光変調されブラックマトリクス６３、６
３、６３・・・の間隙とされる画素Ｐから出射して画像
を形成する。なお、この図では、一例として１個のマイ
クロレンズ６２ａに入射するＲＧＢ各色光について示し
ている。また、距離Ｆはマイクロレンズ６２ａの焦点距
離（主点〜焦点）、距離ｄはマイクロレンズ６２ａの主
点から画素の出射部分までの距離を示している。

【０００６】色分離部４４で分離されたＲ光（破線）、
Ｇ光（実線）、Ｂ光（一点鎖線）はそれぞれ相互に２δ
の角度を以てマイクロレンズ６２ａに入射し、当該マイ
クロレンズ６２ａに対応している画素Ｐに集光されて出
射することになる。画素Ｐを正面から示すと図１０
（ｂ）に示されているようになる。すなわち、ストライ
プ構造とされている、ＲＧＢ各色に対応した３個の画素
Ｐによりカラー色を形成する正方画素６４を形成してい
る。なお、図１０（ｂ）には例えば３個並置されている
正方画素６４を示しているが、この正方画素６４は画像
の解像度に応じて、水平、及び垂直方向に所定の数が配
列されることになる。このような画素を備えた液晶パネ
ル４６に、予め分離されたＲＧＢ各色光を例えば入射角
度２δで入射することで、１個の正方画素６４によって
ＲＧＢ光を合成することができようになり、液晶パネル
４６にカラーフィルタを設ける必要なく、カラー画像を
形成することができるようになる。

【０００７】このように、液晶パネル４６の入射側にマ
イクロレンズアレー６２を設けることによって、集光効
率を増加することができ、さらにカラーフィルタを用い
ない場合の吸収率の減少による実効開口率の向上が図ら
れる。さらにプリズムなどの光学素子を用いた色合成も
必要としないので、例えばＲＧＢ各色に対応した３枚の
液晶パネルを用いて、ランプからの光を各色毎に分離し
た後に光変調を行なった後に各色光を合成してカラー画
像を形成する３板式液晶プロジェクタ装置と比較して
も、遜色のない輝度を得ることが可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、画像の輝度
を向上するために、ランプ４０から出力される光を有効
に利用することが考えられている。通常、ランプ４０か
ら出射される光は直交する２種類の偏光面を有してお
り、これらの偏光面は一般的にＰ偏光成分（以下、Ｐ波
という）とＳ偏光成分（以下、Ｓ波という）に分けるこ
とができる。すなわち、偏光変換手段を用いることで、
ランプ４０から出射されるランダム偏光波（Ｐ波＋Ｓ
波）から、Ｐ波とＳ波を分離した後に例えばＳ波をＰ波
に変換して、Ｐ波のみにより画像を形成することで光の
利用効率を図っている。

【０００９】例えば３板式液晶プロジェクタ装置では、
ランプから出力される光（ランダム偏光波）を有効に利
用するためのインテグレータや、光の偏光成分を変換す
る偏光変換手段を用いた光学系が知られている。このよ
うな３板式液晶プロジェクタ装置の光学系では、各色光
の合成を利用して画像を形成しているので、平行光を利
用する必要性はない。

【００１０】しかし、図９、図１０で説明した単板式液
晶プロジェクタ装置においては、ＲＧＢ各色の混色を抑
制するために、水平方向に対する光の入射角度を制約し
て、マイクロレンズ６２ａに入射したＲＧＢ各色光を精
度良く各色に対応した画素Ｐに入射させる必要がある。
このため、色分離部４４に入射する光は平行度が要求さ
れ、例えばランプ４０、リレーレンズ系４１、フィール
ドレンズ４２などからなる照明系は平行光を出射するこ
とができるように設計されている。

【００１１】しかし、ほぼ円形とされるランプ４０の照
射領域に対して、例えば液晶パネルの画像形成領域は表
示画像に対応して例えば４：３アスペクト比の長方形と
されている。したがって、照明系からの平行光をそのま
ま液晶パネル部４６に照射すると、画像形成領域以外の
部分（例えば液晶パネルの外枠など）に照射される光は
画像形成には利用されることなく無駄なものとなってい
た。

【００１２】また、マイクロレンズ６２ａに入射する平
行光の光路を液晶パネル４６の側面方向から示すと図１
１に示されているようになる。先述したようにマイクロ
レンズ６２ａの焦点は画素Ｐの出射部分となるようにさ
れているので、マイクロレンズ６２ａで集光された平行
光は矢印で示されているように画素Ｐに入射する。した
がって、画素Ｐにおける結像範囲は図１２に摸式的に示
されるように、例えば画素Ｐのほぼ中央部分の付近とな
る。つまり、画素Ｐ内において均等に結像しているわけ
ではなく、画素Ｐの入射面積に対して効率良く結像させ
ることができなかった。

【００１３】また、ここで利用されない光は、形成され
る画像の輝度に寄与しないばかりか、装置筐体の内部に
熱を発生させる原因にもなるので、冷却手段（大型のフ
ァンなど）を備える必要が生じてくる。これにより、コ
ストがかかるとともにプロジェクタ装置自体が大型化し
てしまう。さらに、前記偏光変換手段などの出射部の面
積は例えば液晶パネルなどの面積と同等に形成される
が、入射部はその構造などの理由から出射部の例えば１
／２程度の面積とされている。すなわち、ランプ４０か
らの光が液晶パネルよりも狭い面積で形成されている入
射部に対して効率良く入射することは困難であるという
問題がある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点を解決するために、少なくとも、ランプと、前記ラン
プから出射された光をＲＧＢ各色光に分離するととも
に、前記各色光を、形成される画像の水平ラインに対応
した面方向において、それぞれ所定の発散角度で出射す
る色分離手段と、前記色分離手段で分離された前記ＲＧ
Ｂ各色光を所定の方向に集光するレンズ群が形成されて
いる集光手段と、前記集光手段で集光された前記各色光
を各色毎に光変調して画像を形成する複数の画素が配列
されている光変調手段を備えたプロジェクタ装置におい
て、前記ランプから出射される光のうち、垂直方向にお
いて前記光変調手段以外の領域に出射される光を偏向し
て、前記集光手段のレンズ群に対して所定の入射角度で
入射させることができる光偏向手段を備える。

【００１５】本発明によれば、従来利用されていなかっ
た光を有効に利用して画素内の結像範囲を広げることが
できる。すなわち、光の利用効率が向上することから、
画像の輝度を向上することができる。また、無駄な光を
抑制することができることから、大型の冷却手段などを
用いずに構成することができるので、小型化、低価格化
を実現することも可能である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本実施の形態の単板式液晶プロジェクタ装
置の光学系の一構成例を示す摸式図である。この図で、
ランプ１（リフレクタ１ａ、発光部１ｂ）、リレーレン
ズ系２、フィールドレンズ３、全反射ミラー５、色分離
部６（ダイクロイックミラー６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ）、液晶
パネル部１０（偏光板７、９、液晶パネル８）、投写レ
ンズ１１、スクリーン１２は、図９に示した、ランプ４
０（リフレクタ４０ａ、発光部４０ｂ）、リレーレンズ
系４１、フィールドレンズ４２、全反射ミラー４３、色
分離部４４、液晶パネル部４８（偏光板４５、４７、液
晶パネル４６）、投写レンズ４９、スクリーン５０に対
応している。

【００１７】本実施の形態の単板式液晶プロジェクタ装
置においては、例えばフィールドレンズ３と全反射ミラ
ー５の間に、透明部材で構成され上方部分及び下方部分
に入射した平行光を、垂直方向に対して所定の出射角で
出射する偏向ブロック４を配置してる。図２は偏向ブロ
ック４の構成を説明する斜視図である。この偏向ブロッ
ク４においてランプ１などに対向する入射面４ａは平面
とされている。そして出射面側においては、その中央部
分は液晶パネル８の画像形成領域とほぼ同等の形状の平
面部４ｂとされ、その上下に所定の傾斜を有している傾
斜部４ｃ、４ｄが形成されている。この傾斜部４ｃ、４
ｄが形成する角度は、後述するように液晶パネル８の画
素に対する入射角度に応じて設定される。

【００１８】図３は偏向ブロック４によって、所定の出
射角で出射する光の光路を説明する図である。なお、こ
の図には、単板式液晶プロジェクタ装置の一部として、
ランプ１、偏向ブロック４、液晶パネル８のみを示し、
色分離部、反射部等の光学系が省略されている。入射面
４ａの中央部分から入射して、平面部４ｂから出射する
光はそのまま平行光として液晶パネル８に到達する。ま
た、入射面４ａの上方から入射して、傾斜部４ｃを透過
した光は、傾斜部４ｃにおけるプリズム効果によって下
方に屈折した状態で出射する。すなわち、傾斜部４ｃか
ら出射した光は液晶パネル８に対して上方から所定の入
射角度を以て入射することになる。同様に、入射面４ａ
の下方から入射して、傾斜部４ｄを透過した光は、傾斜
部４ｄにおけるプリズム効果によって上方に屈折した状
態で出射して、液晶パネル８に対して下方から所定の入
射角度を以て入射することになる。したがってこの例で
は、偏向ブロック４に上方、正面、下方の例えば３方向
から入射した平行光は、偏向ブロック４によって屈折さ
れ、液晶パネル８に対して垂直面方向から見て３方向
（上方、正面、下方）から入射する。

【００１９】次に偏向ブロック４により３方向から液晶
パネル８に入射する光の光路、及びその光による結像範
囲について説明する。図４は液晶パネル８に形成される
マイクロレンズアレーを形成しているマイクロレンズ、
及び正方画素を形成するストライプ構造の画素を側面方
向から示す摸式図であり、マイクロレンズ１５ａ、画素
１７は、図１１で説明したマイクロレンズ６２ａ、画素
Ｐに対応している。

【００２０】偏向ブロック４の平面部４ｂから出射され
液晶パネル８の正面、すなわちマイクロレンズ１５ａの
正面から入射する光はＶセンタとして示されており、こ
のＶセンタは図１１で説明した光とほぼ同等の経路で画
素１７の中央部分に入射する。傾斜部４ｃから出射さ
れ、マイクロレンズ１５ａの上方から入射する光はＶ＋
として示されており、マイクロレンズ１５ａのレンズ効
果によって画素１７の下方に入射する。さらに、傾斜部
４ｄから出射され、マイクロレンズ１５ａの下方から入
射する光はＶ−として示されており、マイクロレンズ１
５ａのレンズ効果によって画素１７の上方に入射する。

【００２１】このように、画素１７の形状がストライプ
構造とされている場合は、垂直方向に関しては同色の画
素が配置されるので、傾斜部４ｃ、４ｄの角度も比較的
ラフに設定することもできる。

【００２２】また、水平方向の各色の入射角度が例えば
２δとして設定されている場合、垂直方向の入射角度を
同様に２δとして設定した場合、正方画素１６において
結像される範囲は、図５に円で示されているようにな
る。マイクロレンズ１５ａに３方向（Ｖ＋、Ｖセンタ、
Ｖ−）から入射した光は、同一の画素１７内に結像する
ことができるようになる。すなわち、画素１７内により
多くの光を取り込んで結像範囲を広げることができるよ
うになり、原理的に輝度アップを図ることができるよう
になる。

【００２３】このように、画素１７の形状がストライプ
構造とされている場合は、垂直方向に関しては同色の画
素が配置されるので、傾斜部４ｃ、４ｄの角度も比較的
ラフに設定することもできる。また、正方画素１６の場
合、一般的にその開口部分は縦横比で３：１とされてい
るが、マイクロレンズ１５ａの焦点距離を考慮した上で
傾斜部４ｃ、４ｄの傾斜角度を設定して、マイクロレン
ズ１５ａに対する入射角度を設定すれば、画素１７内に
おいて結像する範囲を任意に設定することが可能であ
る。

【００２４】また、本発明では、ＲＧＢ各色光の分離、
及び合成を精度良く行なうことを目的として、水平方向
の平行度を高めた照明系（ランプ１、リレーレンズ系
２、フィールドレンズ３）を備えているが、通常、照明
系としては垂直方向、水平方向の区別無く平行光を生成
することを目的として形成される。したがって、垂直方
向についても平行光を得ることができるようにされてい
るので、この平行光を利用することにより、マイクロレ
ンズ１５ａに対する入射角度を精度良く設定することが
できる。

【００２５】なお、上記実施の形態では、偏向ブロック
４をフィールドレンズ３と全反射ミラー５の間に配置し
た例を挙げて説明したが、例えば全反射ミラー５と色分
離部６の間に配置するようにしても良い。この場合、そ
の液晶パネル１０までの距離が異なることから入射角度
もそれに対応させるために傾斜部４ｃ、４ｄの傾斜角度
の設定を行なうようにする。

【００２６】以下、偏向ブロック４の変形例を説明す
る。図６に示されている偏向ブロック２０は、偏向ブロ
ック４の傾斜部４ｃ、４ｄに相当する部分を、例えばフ
レネル形状などとされる鋸子状に形成される偏向部２０
ｃ、２０ｄが形成されている。入射面２０ａの中央部分
から入射して、平面部２０ｂから出射する光はそのまま
平行光として液晶パネル部１０に到達する。また、入射
面２０ａの上方から入射して、偏向部２０ｃを透過した
光は、偏向部２０ｃによって下方に屈折した状態で出射
する。すなわち、偏向部２０ｃから出射した光は、液晶
パネル部１０に対して上方から所定の入射角度を以て入
射することになる。同様に、入射面２０ａの下方から入
射して、偏向部２０ｄを透過した光は、偏向部２０ｄに
よって上方に屈折した状態で出射して、液晶パネル部１
０に対して下方から所定の入射角度を以て入射すること
になる。

【００２７】また、図７に示されている偏向ブロック３
０は、シリンドリカル形状のレンズ３０ａ、３０ａ、３
０ａ・・・によって構成されている。各レンズ３０ａか
ら出射する光は所定の発散角をもって出射し、それぞれ
所定の角度で液晶パネル８に入射することになる。この
場合、各レンズ３０ａの位置により入射角度が少しづつ
異なることで、結像範囲としては図８に示されているよ
うになる。すなわち、画素１７に対して拡散した状態で
入射するようになることから、画素１７内において略楕
円型とされる結像範囲を得ることができるようになる。

【００２８】なお、図示は省略するが、例えばランプ１
と液晶パネル部１０間における任意の位置に、液晶パネ
ル８の外側の位置に出射される光を内側に折り返すミラ
ーを配置し、このミラーの配置角度によって液晶パネル
８に入射する光の入射角を設定するようにすることもで
きる。

【００２９】

【発明の効果】以上、説明したように本発明は、光源か
ら出射され、従来利用されていなかった垂直方向の光
を、光偏向手段によって液晶パネル面に集光することが
できる。これにより光源からの光を有効に利用して画素
内の結像範囲を広くすることができ、画像の輝度を向上
することができる。また、無駄な光を抑制することがで
きることから、大型の冷却手段などを用いずに構成する
ことができるので、小型化、低価格化を実現することも
可能である。また、本発明を例えば単板式の液晶プロジ
ェクタ装置に用いた場合、例えば３板式の液晶プロジェ
クタ装置に対して輝度面においても遜色ない構成を実現
することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の単板式液晶プロジェクタ
装置の光学系の構成例を説明する図である。

【図２】本実施の形態の偏向ブロックの構成を説明する
斜視図である。

【図３】本実施の形態の偏向ブロックを用いた場合の液
晶パネルまでの光路を説明する図である。

【図４】液晶パネルの画素に対する入射角度を説明する
摸式図である。

【図５】液晶パネルの画素における結像領域を摸式的に
示す図である。

【図６】変形例の偏向ブロックを用いた場合の液晶パネ
ルまでの光路を説明する図である。

【図７】他の変形例の偏向ブロックを用いた場合の液晶
パネルまでの光路を説明する図である。

【図８】他の変形例の偏向ブロックを用いた場合の液晶
パネルの画素における結像領域を摸式的に示す図である
図である。

【図９】従来の単板式液晶プロジェクタ装置の光学系の
構成例を説明する図である。

【図１０】従来の単板式液晶プロジェクタ装置の液晶パ
ネルの構成及びＲＧＢ光の光路を説明する図である。

【図１１】図１０に示す液晶パネルの画素に対する入射
角度を説明する摸式図である。

【図１２】図１０に示す液晶パネルの画素における結像
領域を摸式的に示す図である。

【符号の説明】

１ ランプ、２ リレーレンズ系、３ フィールドレン
ズ、４，２０，３０偏向ブロック、４ａ 入射面、４ｂ
平面部、４ｃ、４ｄ 傾斜部、６ 色分離部、８ 液
晶パネル、１６ 正方画素、１７ 画素

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、ランプと、 前記ランプから出射された光をＲＧＢ各色光に分離する
   とともに、前記各色光を、形成される画像の水平ライン
   に対応した面方向において、それぞれ所定の発散角度で
   出射する色分離手段と、 前記色分離手段で分離された前記ＲＧＢ各色光を所定の
   方向に集光するレンズ群が形成されている集光手段と、 前記集光手段で集光された前記各色光を各色毎に光変調
   して画像を形成する複数の画素が配列されている光変調
   手段と、 を備えたプロジェクタ装置において、 前記ランプから出射される光のうち、垂直方向において
   前記光変調手段以外の領域に出射される光を偏向して、
   前記集光手段のレンズ群に対して所定の入射角度で入射
   させることができる光偏向手段を備えたことを特徴とす
   るプロジェクタ装置。
2. 【請求項２】 前記光偏向手段において、前記レンズ群
   に対する入射角度は前記画素の開口の大きさに対応して
   設定されることを特徴とする請求項１に記載のプロジェ
   クタ装置。
3. 【請求項３】 前記光偏向手段は、前記水平ラインに対
   応した面方向を長手方向として形成され、前記集光手段
   を照射領域として設定されている複数のシリンドリカル
   レンズによって構成されていることを特徴とする請求項
   １に記載のプロジェクタ装置。