JPH11352444A

JPH11352444A - 映像表示装置

Info

Publication number: JPH11352444A
Application number: JP10161789A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ouchi; 敏大内; Yasuo Otsuka; 康男大塚; Masahiko Tanitsu; 雅彦谷津; Takesuke Maruyama; 竹介丸山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 1999-12-24
Anticipated expiration: 2018-06-10
Also published as: JP3687351B2

Abstract

(57)【要約】【課題】投射型映像表示装置の小型化と明るさの高性能
化の両方を達成する必要があり、さらに光学部品の組み
立て精度向上を図る。【解決手段】第一アレイレンズまたは第二のアレイレン
ズの各々のレンズ光軸のピッチの中心に位置するＳ偏光
光の反射プリズムの光軸入射面、すなわち第二のアレイ
レンズ側の面に、銀やアルミ蒸着膜付けによる一列おき
のスリット状の反射膜、あるいは、スリガラス状の発散
膜、あるいは遮光用の金属シール、あるいは耐熱シー
ル、あるいはスリットを入れた金属板等で構成される遮
光部材を付加した偏光合成手段を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネルあるい
は反射式映像表示素子などのライトバルブ素子を使用し
て、スクリーン上に映像を投影する投射装置、例えば液
晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装
置、液晶テレビジョン、投写型ディスプレイ装置等の映
像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネル等のライトバルブ素子に、電
球などの光源からの光を当てて、液晶パネル上の画像を
拡大投射する液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置
が知られている。

【０００３】この種の映像表示装置は、光源からの光を
ライトバルブ素子で画素毎の濃淡に変えて調節し、スク
リーンなどに投射するものである。例えば、液晶表示素
子の代表例であるツイステッド・ネマティック(TN)型液
晶表示素子は、透明な電極被膜をもつ一対の透明基板間
に液晶を注入して成る液晶セルの前後に、各々の偏光方
向が互いに90°異なるように２枚の偏光板を配置したも
のであり、液晶の電気光学効果により偏光面を回転させ
る作用と、偏光板の偏光成分の選択作用とを組み合わせ
ることにより、入射光の透過光量を制御して画像情報を
表示するようになっている。近年、こうした透過型ある
いは反射型の映像表示素子では、素子自体の小型化が進
むとともに、解像度等の性能も急速に向上している。

【０００４】このため、該映像表示素子を用いた表示装
置の小型高性能化も進み、単に従来のようにビデオ信号
等による映像表示を行うだけでなく、パーソナルコンピ
ュータの画像出力装置としての投射型映像表示装置も新
たに提案されている。この種の投射型映像表示装置に
は、特に、小型であることと、画面の隅々まで明るい画
像が得られることが要求される。しかし、従来の投射型
映像表示装置は、大型であったり、また最終的に得られ
た画像の明るさ等の性能が不十分であるといった問題が
あった。

【０００５】例えば、液晶表示装置全体の小型化には、
ライトバルブすなわち液晶表示素子自体の小型化が有効
であるが、液晶表示素子を小型化すると液晶手段による
被照射面積が小さくなるため光源が放射する全ての光束
量に対する液晶表示素子を小型化すると照明手段による
被照射面積が小さくなるため光源が放射する全ての光束
量に対する液晶表示素子上の光束量の比率（以下、これ
を光利用効率という）が低くなり、また、画面周辺部が
暗い等の問題が生じる。さらに、液晶表示素子は一方向
の偏光光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発
する光源からの光の約半分は利用されない。

【０００６】画面周辺部で明るい画像を得る手段として
は、例えば、公開特許公報平３ー１１１８０６号公報に
記載されているような、２枚のアレイレンズを用いたイ
ンテグレータ光学系がある。インテグレータ光学系は、
光源からの光を第一のアレイレンズを構成している複数
の矩形開口形状の集光レンズによって分割して、各矩形
開口形状の出射光を各矩形開口形状の集光レンズに対応
した集光レンズ群により構成した第二のアレイレンズに
より照射面（液晶表示素子）に重畳結像させるものであ
る。この光学系では液晶表示素子を照射する光の強度分
布をほぼ均一にすることができる。

【０００７】一方、光源からのランダムな偏光光を一方
向の偏光方向に揃えて液晶表示素子に照射する光学系と
しては、公開特許公報平４−６３３１８号公報に開示さ
れているような偏光ビームスプリッターを利用して、光
源から出射するランダムな偏光光をＰ偏光光とＳ偏光光
に分離してプリズムを用いて合成するものがある。

【０００８】しかし、従来のインテグレータ光学系にお
いて明るさを向上するにはアレイレンズを大きくする必
要があり、投射型液晶表示装置を小型化すると明るさが
低下していた。また、偏光ビームスプリッターを利用す
る光学系においても小型化すると明るさが低下してい
た。その結果、装置全体の小型化と明るさ等の性能向上
を同時に実現することが困難であった。さらに、投射型
液晶表示装置の場合には上記照明手段以外に投射レンズ
の光学的特性、また液晶表示素子の光学的特性等のさま
ざまな要素が画質性能に影響するため、照明手段のみを
改善しても小型で画質性能の良い表示装置を得ることは
困難であった。さらに、偏光合成手段を用いる場合は、
不要光、すなわちＳ光路に入り込むＰ偏光光等、による
性能劣化防止は困難であった。

【０００９】以上より、液晶表示装置の明るさ向上とい
うことと、小型化さらには、不要光による性能劣化や偏
光板での温度上昇改善という３つの観点からの対応が必
要となっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上の従来技術での課
題事項をまとめると、映像表示装置の明るさ確保と小型
化と不要光、すなわちＳ光路に入り込むＰ偏光光等、を
カットによる温度等の性能向上を同時に達成する方法が
課題であり、明るさ向上に関する事項と、光学ユニット
の大きさを構成上小型化するための対応技術、および不
要光カットによる温度上昇防止等の性能向上に関する事
項が、それぞれ課題となっている。

【００１１】本発明では、上記した従来技術での課題事
項に関して、明るさ確保とともに高精度小型化でき、不
要光による温度上昇および色ムラ等の問題も解決できる
投写型映像表示装置の提供が目的である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明においては、光源
を有し、該光源からの出射光を被照射面上に照射させる
作用を有する照明手段と、光を変調する映像表示素子
と、該映像表示素子から出射した光をスクリーンまたは
それに準ずる表示面に投射する投射手段とを有する投射
型映像表示装置において、前記照明手段は少なくとも１
つの反射面鏡と、該反射面鏡の出射開口と略同等サイズ
の矩形枠に設けられた複数の集光レンズにより構成さ
れ、該光源ユニットから出射した光を集光して、複数の
２次光源像を形成するための第一のアレイレンズと、複
数の集光レンズにより構成され、前記複数の２次光源像
が形成される近傍に配置され、映像表示素子に第一のア
レイレンズの個々のレンズ像を結像させる第二のアレイ
レンズと、前記第一のアレイレンズあるいは前記第二の
アレイレンズからの光をＰ偏光光とＳ偏光光とに分離す
る偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッタ
ーの出射光であるＰ偏光光とＳ偏光光のいずれかの偏光
方向を回転するためのλ／２位相差板と、該Ｐ偏光光と
Ｓ偏光光のいずれかの偏光光を反射させるための反射部
から構成される偏光合成手段とを有し、該偏光合成手段
は、前記第一のアレイレンズあるいは前記第二のアレイ
レンズの各々のレンズ光軸の縦配列方向あるいは横配列
方向のいずれかのピッチに適合させて複数個を配列し、
かつ前記第一のアレイレンズおよび、または第二のアレ
イレンズの各々のレンズ光軸のピッチの中心に位置する
Ｓ偏光光の反射プリズムの光軸入射面、すなわち前記光
源または前記第一のアレイレンズおよび、または前記第
二のアレイレンズ側の面に、遮光部材を付加した偏光合
成手段を前記光源と映像表示素子の間に介在させた構成
とする。

【００１３】また、第一のアレイレンズあるいは第二の
アレイレンズの光軸方向の厚さよりも同等もしくは薄い
遮光部材を付加した偏光合成手段の配列とを、前記光源
と映像表示素子の間に介在させた構成とする。

【００１４】かかる構成により、小型な映像表示素子を
用いて表示装置全体を小型化できるとともに、明るく、
画面全体にわたって画質が均一な映像表示装置を実現で
き、さらに、不要光、すなわちＳ光路に入り込むＰ偏光
光等、をカットでき、偏光板温度上昇を抑え、かつ不要
光がパネルに入り込むことによる色ムラなどの性能劣化
を防止し、上記課題が用意に解決できるようになる。

【００１５】また、該遮光部材を付加した偏光合成手
段は、前記第一のアレイレンズあるいは前記第二のアレ
イレンズの各々のレンズ光軸の縦配列方向あるいは横配
列方向のいずれかのピッチに適合させて複数個を配列
し、かつ前記第一のアレイレンズあるいは前記第二のア
レイレンズの中央部に一列分すなわち前記ピッチの１／
２幅の隙間をあけて、該中央部を境に横配列方向ならば
左右対称反転状態に、あるいは立て配列方向ならば上下
対称反転状態にて前記偏光合成手段の同じものを２枚貼
り合せた構成とする。

【００１６】かかる構成により、小型な映像表示素子を
用いて表示装置全体を小型化できるとともに、貼り合せ
によるアレイレンズと偏光合成手段との境界層である空
気層がなくなり、より明るく、画面全体にわたって画質
が均一でかつ、偏光板温度上昇や色ムラ等の性能劣化を
抑えた映像表示装置を実現でき、さらに製造コスト削
減、貼付け精度向上等が実現され、上記課題が容易に解
決できるようになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１８】図１は、本発明による第１番目の投写型液
晶表示装置の一実施形態を示す、光学系構成図である。

【００１９】図１において、投射型液晶表示装置には、
光源１があり、光源１は、超高圧水銀ランプ、メタルハ
ライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、
ハロゲンランプ等の白色ランプである。光源から出され
る光はライトバルブ素子である液晶表示素子２を通過し
て投射レンズ３に向かい、スクリーン４へ投影される。

【００２０】光源１の電球から放射される光は楕円面ま
たは放物面または非球面のリフレクタ５にて集光され、
第一のアレイレンズ６に入射する。光は第一のアレイレ
ンズ６を通過後、第二のアレイレンズ７を通過し、偏光
ビームスプリッター８に入射する。この入射光は偏光ビ
ームスプリッター８により透過光はＰ偏光光、反射光は
Ｓ偏光光に分離され、該Ｐ偏光光は偏光ビームスプリッ
ター８の出射側面に配置されたλ／２位相差板９により
偏光方向が９０°回転し、Ｓ偏光光となり、コンデンサ
レンズ１０に入射する。また、前記Ｓ偏光光は反射を繰
り返し、隣接する偏光ビームスプリター８の出射面から
出射され、コンデンサレンズ１０に入射する。コンデン
サレンズ１０は、少なくとも1枚以上の構成であり、正
の屈折力を有し、該Ｓ偏光光をさらに集光させる作用を
持ち、該コンデンサレンズ１０を通過した光は液晶表示
素子２を照射する。液晶表示素子２の入射側にはＳ偏光
光を透過する入射偏光板１１を配置する。従来の投射型
液晶表示装置では入射偏光板１１と液晶表示素子２と出
射側偏光板１２の組合せにより、一方向の偏光光しか透
過しないため透過光量が約半分になっていた。しかし、
本提案では偏光ビームスプリッター８を用いるため、光
源１から出射するランダムな偏光光の偏光方向を揃えて
液晶表示素子２に入射するため、理想的には従来の投射
型液晶表示装置の２倍の明るさが得られる。さらに、第
一のアレイレンズ６および、または第二のアレイレンズ
７の各々のレンズ光軸のピッチの中心に位置するＳ偏光
光の反射プリズムの光軸入射面、すなわち第一のアレイ
レンズ６および、または第二のアレイレンズ７側の面
に、遮光部材２７を付加した偏光ビームスプリッター８
により、不要光がカットされ、入射偏光板１１によって
吸収カットされる時に、光から熱にエネルギー変換され
発生する発熱を防止すること効果がある。さらに不要光
が液晶表示素子２に入り込むことによる色ムラも減少さ
せる効果がある。また、本発明の偏光ビームスプリッタ
ー８は、第二のアレイレンズ７よりも光軸方向で薄い構
成であり、光学全長を短縮するとともに、光学ユニット
の軽量化さらには、照明系のＦ値を大きくする効果があ
る。これにより、小型、軽量、さらに投射レンズ３のＦ
値を照明系にリンクして大きくすることができるので、
投射レンズ３の小型軽量にも効果がある。

【００２１】該液晶表示素子２を通過した光は、例えば
ズームレンズであるような投射手段３を通過し、スクリ
ーン４に到達する。前記投射手段３により、液晶表示素
子２に形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され
表示装置として機能するものである。

【００２２】次に、本発明の具体的な実施例について説
明する。

【００２３】図２は、本発明における投射型液晶表示装
置の一実施例の構成図である。図２の実施例は、液晶ラ
イトバルブとして透過型液晶表示素子２をいわゆる色の
３原色のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色に
対応して合計３枚用いた３板式投射型表示装置を示して
いる。本実施例において、光源である例えば超高圧水銀
ランプのようなランプ１３より出射した光は、放物反射
面鏡リフレクタ５に反射された後、この放物反射面鏡リ
フレクタ５の出射開口と略同等サイズの矩形枠に設けら
れた複数の集光レンズにより構成され、ランプユニット
１４から出射した光を集光して、複数の２次光源像を形
成するための第一のアレイレンズ６に入射し、さらに複
数の集光レンズにより構成され、前述の複数の２次光源
像が形成される近傍に配置され、かつ液晶表示素子２に
第一のアレイレンズ６の個々のレンズ像を結像させる第
二のアレイレンズ７を通過する。この出射光は第二のア
レイレンズ７の各々のレンズ光軸の横方向のピッチに適
合するように配置された各々のレンズ幅の略１／２サイ
ズの菱形プリズムの列へ入射する。このプリズム面には
偏光ビームスプリッター８の膜付けが施されており、入
射光は、この偏光ビームスプリッター８にてＰ偏光光と
Ｓ偏光光に分離される。Ｐ偏光光は、そのまま偏光ビー
ムスプリッタ−８内を直行し、このプリズムの出射面に
設けられたλ／２位相差板９により、偏光方向が９０°
回転され、Ｓ偏光光に変換され出射される。一方、Ｓ偏
光光は、偏光ビームスプリッター８により反射され、隣
接する菱形プリズム内で本来の光軸方向にもう一度反射
してからＳ偏光光として出射される。もちろん、本発明
の偏光ビームスプリッター８は、第二のアレイレンズ７
の各々のレンズ光軸のピッチの中心に位置するＳ偏光光
の反射プリズムの光軸入射面、すなわち第二のアレイレ
ンズ７側の面に、遮光部材２７を付加している。その
後、コンデンサレンズ１０により、液晶表示素子２に集
光される。この途中で偏光ビームスプリッター８の出射
光は、全反射ミラー１５によりその光路を９０°折り曲
げられ、光軸に対して４５°の角度に配置されたＢ（青
色），Ｇ（緑色）反射ダイクロイックミラー１６によ
り、Ｒ（赤色）の光は透過し、Ｂ，Ｇの光は反射する。
透過したＲ光線は、Ｒ用全反射ミラー１７によりその光
路を９０°折り曲げられて、液晶表示素子前コンデンサ
レンズ１８及び入射偏光板１１を通過し、対向電極、液
晶等で構成された液晶表示素子２に入射され、液晶表示
素子２の光の出射側に設けられた出射偏光板１２を通過
する。

【００２４】液晶表示素子２には、表示する画素に対応
する（例えば横８００画素縦６００画素各３色など）数
の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動され
る信号に従って、液晶表示素子２の各画素の偏光角度が
変わり、最終的に出射偏光板１２の偏光方向と一致する
方向になった光が出射され、直交方向になった光が出射
偏光板１２で吸収される。この途中の角度の偏光を持っ
た光は、出射偏光板１２の偏光角度との関係で偏光板を
通る光の量と偏光板に吸収される量とが決まる。このよ
うにして、外部より入力する信号に従った画像を投影す
る。

【００２５】出射偏光板１２を出射したＲ光線は、Ｒ光
線を反射させる作用を有するダイクロイックプリズム１
９にて反射され、例えばズームレンズのような投射手段
３に入射し、スクリーンに投射される。

【００２６】一方、Ｂ，Ｇ透過ダイクロイックプリズム
１９を透過したＢ光線とＧ光線は、Ｇ反射ダイクロイッ
クミラー２０に入射し、該ミラーによりＧ光線は反射
し、液晶表示素子前コンデンサレンズ１８及び入射偏光
板１１を通過し、液晶表示素子２に入射し、液晶表示素
子２の光の出射側に設けられた出射偏光板１２を通過す
る。出射偏光板１２を出射したＧ光線は、G光線を透過
する作用を有するダイクロイックプリズム１９を透過
し、投射レンズ３に入射し、スクリーンに投射される。

【００２７】また、Ｇ反射ダイクロイックミラー２０を
透過したＢ光線は、リレーレンズ２１を透過し、全反射
ミラー２２によりその光路を９０°折り曲げられてリレ
ーレンズ２１を透過後、全反射ミラー２３によりその光
路を９０°折り曲げられて液晶表示素子前コンデンサレ
ンズ１８及び入射偏光板１１を通過し、液晶表示素子１
１に入射され、液晶表示素子２の光の出射側に設けられ
た出射偏光板１２を通過する。出射偏光板１２を出射し
たＢ光線は、Ｂ光線を反射させる作用を有するダイクロ
イックプリズム１９にて反射後、投射レンズ３に入射
し、スクリーンに投射される。

【００２８】以上より、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれに対応した
光線が色分離手段及び色合成手段により分離、合成さ
れ、投射レンズ３によりＲ，Ｇ，Ｂそれぞれに対応した
液晶表示素子２上の画像を拡大し、スクリーン上に各色
の画像を合成し拡大した実像を得るものである。同図に
おいて、電源回路２４、映像信号回路２５のように配置
し、また、吹き出しファン２６により光源１で発生する
熱を外部に導く作用を有する。また、本実施例では偏光
合成手段によりランダムな光源からの出射光を一方向に
揃えるため、さらに、遮光部材を付加した偏光ビームス
プリッター８により、不要光をカットしているので、入
射偏光板の熱の発生が少ない。

【００２９】また、前記光源と前記投射手段は、それぞ
れの光軸が互いに平行になるように配置し、さらに、前
記色分離手段と前記液晶表示素子及び前記色合成手段と
からなる色分離合成ユニットを介して電源回路２４及び
映像信号回路２５を同図に示すように配置することによ
り、装置全体を小型化することができる。さらに、本発
明においては、遮光部材付の偏光合成手段である偏光ビ
ームスプリッター８の厚さを第二アレイレンズ７より薄
くしている、（すなわち第二アレイレンズ７が２.５±
０.５mm程度である場合、偏光ビームスプリッター８は
２ｍｍ以下とする）、ことにより光路長さが短縮でき、
かつ全反射ミラー１５を接近させて配置でき、セットの
小型化が可能となる。

【００３０】図３（ａ）は、本発明による第２番目の一
実施形態を示す図である。

【００３１】図３（ａ）の偏光ビームスプリッター８は
ガラス板材に光のＰ偏光光とＳ偏光光を分離する偏光ビ
ームスプリッター膜を付けており、これを積層に接着し
た後、４５°にスライスした構成となっている。このた
め図３（ａ）のように、縦長の菱形プリズムが数個配列
された平板状の構成になっている。この膜付けは一面お
きにアルミあるいは銀等のミラー蒸着を施しても良い。
但し、このミラー部はＳ偏光光を反射する役割となって
いるため、このプリズム光路には光線を入射させない工
夫が必要である。

【００３２】このため、本発明の偏光ビームスプリッタ
ー８は、第二のアレイレンズ７の各々のレンズ光軸のピ
ッチの中心に位置するＳ偏光光の反射プリズムの光軸入
射面、すなわち第二のアレイレンズ７側の面に、遮光部
材２７を付加した偏光ビームスプリッター８により、不
要光がカットされ、入射偏光板１１によって吸収カット
される時に、光から熱にエネルギー変換され発生する発
熱を防止すること効果がある。この遮光部材２７は、銀
やアルミ蒸着膜付けによる一列おきのスリット状の反射
膜、あるいは、スリガラス状の発散膜、あるいは遮光用
の金属シール、あるいは耐熱シール、あるいはスリット
を入れた金属板等で構成される。

【００３３】以上のような、数個の偏光ビームスプリッ
ター８が配列された平板状の構成では、一列おきにλ／
２位相差板９を貼り合せており、分離したＰ偏光光をＳ
偏光光へ変換し、偏光ビームスプリッター８から出射す
る光をＳ偏光光に揃えたり、あるいは、分離したＳ偏光
光が入射したプリズムの隣接するプリズムから反射して
出射された後、λ／２位相差板９にて、偏光ビームスプ
リッター８の出射光をＰ偏光光で揃えることも可能であ
る。

【００３４】以上のような平板状の偏光ビームスプリッ
ター８の各々の菱形プリズムを第二のアレイレンズ７の
各々のレンズ光軸の横配列方向のピッチに適合させて複
数個を配列し、かつ第二のアレイレンズ７の中央部に隙
間、例えば光軸ピッチの１／２幅の隙間ｈ、をあけて、
第二のアレイレンズ７の左右あるいは上下半分づつに分
割して、中央部を境に左右対称状態にて、偏光ビームス
プリッター８と、同じ偏光ビームスプリッター８のもう
一枚を光軸を中心にして１８０°反転した状態で貼り合
せる。

【００３５】従来は、図３（ｂ）のように左右対称型の
平板状の偏光ビームスプリッター８をメーカにて作成
し、この偏光ビームスプリッター８と第二アレイレンズ
７の光学部品同士の界面が空気層であると、反射防止膜
を界面に施しても、光の透過効率が低下するので、この
偏光ビームスプリッター８と第二アレイレンズ７とを、
各々のレンズ光軸と偏光ビームスプリッター８の横配列
方向のピッチを適合させて貼り合せる構成となってい
た。この時、不要光をカットするスリット状の遮光板を
第二アレイレンズ７の前、すなわち光源側に配置し、偏
光ビームスプリッター８に入射する前に不要光成分、図
中の斜線部分、を遮光する構成となっていた。しかし、
この場合は、遮光部材２７は、スリットを設けた金属板
などの構造部材であり、光軸に対して独立して、この遮
光部材を支持しなければならなかった。

【００３６】このため、遮光部材２７の部品精度誤差や
組み立て精度誤差により、必要な光まで遮光してしまう
ことが生じ、かつ、組み立て時にも部品点数が増えるの
で、加工行程費用がかかる構成であった。

【００３７】しかし、本発明では、遮光部材２７を設け
た偏光ビームスプリッター８が中央を境にして左右対称
型にて貼り合せ、蒸着膜等で遮光部材を形成するため、
Ｓ光路のプリズムの入射面をほとんど誤差無く遮光で
き、かつ部品点数も少なく組み立て性が向上する。

【００３８】さらに、本発明により、従来のような左右
対称型の平板状の偏光ビームスプリッター８をメーカに
て作成してから、第二アレイレンズ７に貼り合せる２段
階の加工行程はせず、２個の偏光ビームスプリッター８
を１段階の加工行程で第二アレイレンズ７に貼り合せる
ので、加工コストの低減が図れる。

【００３９】また、従来の偏光ビームスプリッター８
は、左右一体なので、貼り合せ精度が、左端から右端ま
で積み重なり、第二アレイレンズ７に貼り合せる時に、
中央振り分けとなり、どうしても左右の貼り合せ精度誤
差、例えば±0.25が左右両側に出てしまう。

【００４０】しかし、本発明により、左右別体の遮光部
材２７を設けた偏光ビームスプリッター８を第二アレイ
レンズ７に貼り合せるので、中央からの精度誤差を積み
上げることにはならず、左の遮光部材２７を設けた偏光
ビームスプリッター８は左側の中心または光量の大きな
第二アレイレンズ７上の左半分の中のレンズ光軸を精度
振り分けの中心とすることが可能なため、上述の数値で
いえば、±0.125の貼り合せ精度誤差に抑えられる。ま
た同様に右側の遮光部材２７を設けた偏光ビームスプリ
ッター８を第二アレイレンズ７に貼り合せる場合も、上
述の左側同様に貼り合せ精度誤差を半減できる効果もあ
る。これにより、第二レンズアレイ７のレンズ光軸ピッ
チの１／２幅の偏光ビームスプリッター８の貼り合せ誤
差による光軸の位置ズレが少なくなり、第二アレイレン
ズ７からの入射光が偏光ビームスプリッター８によって
ケラレる光量が減少する。これにより光の透過効率が向
上し、明るさの性能向上が実現可能となる。

【００４１】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の投写型映
像表示装置は、第一アレイレンズまたは第二のアレイレ
ンズの各々のレンズ光軸のピッチの中心に位置するＳ偏
光光の反射プリズムの光軸入射面、すなわち第二のアレ
イレンズ側の面に、銀やアルミ蒸着膜付けによる一列お
きのスリット状の反射膜、あるいは、スリガラス状の発
散膜、あるいは遮光用の金属シール、あるいは耐熱シー
ル、あるいはスリットを入れた金属板等で構成される遮
光部材を付加した偏光ビームスプリッターを持ち、不要
光がカットされ、入射偏光板１１によって吸収カットさ
れる時に、光から熱にエネルギー変換され発生する発熱
を防止すること効果がある。

【００４２】また、偏光合成手段である偏光ビームスプ
リッターの厚さを第一アレイレンズまたは第二アレイレ
ンズの厚さより薄くしている、（すなわち第二アレイレ
ンズが２.５±０.５mm程度である場合、偏光ビームスプ
リッターは２ｍｍ以下とする）、ことにより光路長さが
短縮でき、かつ全反射ミラーを接近させて配置でき、セ
ットの小型化が可能となる。

【００４３】また、偏光ビームスプリッターを第一アレ
イレンズまたは第二アレイレンズに光の利用効率が最大
となる位置に合わせることができ、さらに、これらの光
学部品を貼り合せることにより、光学部品の境界面にお
ける光の反射光を減少でき光学性能の向上が図れるとい
う効果がある。従来のような左右対称型の平板状の偏光
ビームスプリッターをメーカにて作成してから、第二ア
レイレンズに貼り合せる２段階の加工行程はせず、２個
の偏光ビームスプリッターを１段階の加工行程で第二ア
レイレンズに貼り合せるので、加工コストの低減が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１番目の一実施形態を示す図

【図２】本発明の第１番目の一実施形態を示す投射型液
晶表示装置の構成図

【図３】本発明の第２番目の一実施形態を示す図

【符号の説明】

１光源２映像表示素子３投射レンズ５リフレクタ６第一アレイレンズ７第二アレイレンズ８偏光ビームスプリッター９ λ／２位相差板１０コンデンサレンズ１１入射偏光板１２出射偏光板２７第一位置決め部２８第二位置決め部

フロントページの続き (72)発明者谷津雅彦神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所マルチメディアシステム開発本部内 (72)発明者丸山竹介神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所マルチメディアシステム開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を放射する光源ユニットを有し、該光源
の出射光を映像信号に応じた光学像が形成されるライト
バルブ手段である映像表示素子、例えば、光を変調する
液晶表示素子あるいは反射式表示素子等、と、該映像表
示素子の上に照射させる作用を有する照明光学系と、該
映像表示素子から出射した光を投射する投射手段とで構
成される映像表示装置において、前記照明手段は、矩形ないし円形ないし多角形の出射開
口を持つ少なくとも１つの反射面鏡を有する光源ユニッ
トと、該出射開口と略同等サイズ内に設けられた複数の
集光レンズにより構成され、該光源ユニットから出射し
た光を集光して、複数の２次光源像を形成するための第
一のアレイレンズと、複数の集光レンズにより構成さ
れ、前記複数の２次光源像が形成される近傍に配置さ
れ、映像表示素子に第一のアレイレンズの個々のレンズ
像を結像させる第二のアレイレンズと、前記光源あるい
は前記第一のアレイレンズあるいは前記第二のアレイレ
ンズからの光をＰ偏光光とＳ偏光光とに分離する偏光ビ
ームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターの出射
光であるＰ偏光光とＳ偏光光のいずれかの偏光方向を回
転するためのλ／２位相差板と、該Ｐ偏光光とＳ偏光光
のいずれかの偏光光を反射させるための反射部から構成
される偏光合成手段とを有し、該偏光合成手段は、前記第一のアレイレンズおよび、ま
たは前記第二のアレイレンズの各々のレンズ光軸の縦配
列方向あるいは横配列方向のいずれかのピッチに偏光ビ
ームスプリッターの各配列の中心軸を適合させて複数個
の偏光合成手段を配列し、かつ前記第一のアレイレンズ
および、または第二のアレイレンズの各々のレンズ光軸
のピッチの中心に位置するＳ偏光光の反射プリズムの光
軸入射面、すなわち該偏光合成手段における前記光源ま
たは前記第一のアレイレンズおよび、または前記第二の
アレイレンズ側の面に、遮光部材を付加した偏光合成手
段を、前記光源と映像表示素子の間に介在させたことを
特徴とする映像表示装置。
【請求項２】請求項１に記載の映像表示装置であって、光を放射する光源ユニットを有し、該光源の出射光を映
像信号に応じた光学像が形成されるライトバルブ手段で
ある映像表示素子、例えば、光を変調する液晶表示素子
あるいは反射式表示素子等、と、該映像表示素子の上に
照射させる作用を有する照明光学系と、該映像表示素子
から出射した光を投射する投射手段とで構成される映像
表示装置において、前記照明手段は、矩形ないし円形ないし多角形の出射開
口を持つ少なくとも１つの反射面鏡を有する光源ユニッ
トと、該出射開口と略同等サイズ内に設けられた複数の
集光レンズにより構成され、該光源ユニットから出射し
た光を集光して、複数の２次光源像を形成するための第
一のアレイレンズと、複数の集光レンズにより構成さ
れ、前記複数の２次光源像が形成される近傍に配置さ
れ、映像表示素子に第一のアレイレンズの個々のレンズ
像を結像させる第二のアレイレンズと、前記光源あるい
は前記第一のアレイレンズあるいは前記第二のアレイレ
ンズからの光をＰ偏光光とＳ偏光光とに分離する偏光ビ
ームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターの出射
光であるＰ偏光光とＳ偏光光のいずれかの偏光方向を回
転するためのλ／２位相差板と、該Ｐ偏光光とＳ偏光光
のいずれかの偏光光を反射させるための反射部から構成
される偏光合成手段とを有し、該偏光合成手段は、前記第一のアレイレンズおよび、ま
たは前記第二のアレイレンズの各々のレンズ光軸の縦配
列方向あるいは横配列方向のいずれかのピッチに偏光ビ
ームスプリッターの光軸を適合させて複数個の偏光合成
手段を配列し、かつ前記第一のアレイレンズおよび、ま
たは第二のアレイレンズの光軸方向の厚さと同等、もし
くは薄い偏光合成手段の配列とを、前記光源と映像表示
素子の間に介在させたことを特徴とする映像表示装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の映像表示
装置であって、光源からの出射光を被照射面上に照射させる作用を有す
る照射手段と、光を変調する映像表示素子と、該映像表
示素子から出射した光を投射する投射手段とを有する映
像表示装置において、前記照明手段は、少なくとも１つの反射面鏡を有する光
源ユニットと、複数の集光レンズにより構成され、前記
光源から出射した光を集光して複数の２次光源像を形成
する第一のレンズアレイと、複数の集光レンズにより構成され、該複数の２次光源像
が形成される近傍に配置される第二のレンズアレイと、
該第二のレンズアレイのレンズ列ごとに対応して設け
られた光をＰ偏光光とＳ偏光光に分離するための偏光ビ
ームスプリッターと該偏光ビームスプリッターの出射光
であるＰ偏光光とＳ偏光光のいずれかの偏光方向を回転
するためのλ／２位相差板と該Ｐ偏光光とＳ偏光光のい
ずれかの偏光光を反射させるための反射部から構成され
ている偏光合成手段とを有し、該偏光合成手段は、前記第一のアレイレンズあるいは前
記第二のアレイレンズの各々のレンズ光軸の縦配列方向
あるいは横配列方向のいずれかのピッチに偏光ビームス
プリッターの光軸を適合させて複数個の偏光合成手段を
配列し、かつ前記第一のレンズアレイあるいは前記第二
のレンズアレイの中央部に一列分、すなわち前記ピッチ
の１／２幅の隙間をあけて、前記第一のレンズアレイあ
るいは前記第二のレンズアレイの左右あるいは上下半分
づつに分割して、前記中央部を境に横配列方向ならば左
右対称状態に、あるいは縦配列方向ならば上下対称状態
にて、前記偏光合成手段と、同じ偏光合成手段のもう一
枚を光軸を中心にして１８０°反転した状態で貼り合せ
たことを特徴とする映像表示装置。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
の映像表示装置であって、前記偏光合成手段と前記第一のアレイレンズおよび、ま
たは第二のアレイレンズの各々のレンズ光軸のピッチの
中心に位置するＳ偏光光の反射プリズムの光軸入射面、
すなわち前記光源または前記第一のアレイレンズおよ
び、または前記第二のアレイレンズ側の面に、遮光部材
を付加した偏光合成手段を、前記第一のアレイレンズお
よび、または第二のアレイレンズに貼り合せたことを特
徴とする映像表示装置。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記載
の映像表示装置であって、前記偏光合成手段の遮光部材を反射専用の蒸着膜を設け
たことを特徴とする映像表示装置。
【請求項６】請求項１ないし請求項４のいずれかに記載
の映像表示装置であって、前記偏光合成手段の遮光部材を反射専用の金属プレート
を設けたことを特徴とする映像表示装置。
【請求項７】請求項１ないし請求項４のいずれかに記載
の映像表示装置であって、前記偏光合成手段の遮光部材に発散面、例えばエッチン
グによる表面荒加工あるいはスリガラス加工、を設けた
ことを特徴とする映像表示装置。