JP2000147500A - 画像プロジェクタ - Google Patents
画像プロジェクタInfo
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Abstract
ズを簡略化できるように光線の挙動を合理化する。 【解決手段】 液晶表示パネル12の光入射側にマイク
ロレンズアレイ48,50を備えたマイクロレンズアレ
イ素子43を配置する。マイクロレンズアレイ素子43
に異なる光軸角度を持って入射した赤色光、緑色光およ
び青色光は、マイクロレンズアレイ48,50により液
晶表示パネル12の隣接した画素20に集光される。同
時に、赤色光、緑色光、青色光は、液晶表示パネル12
を透過した後の光軸が互いに平行となるよう、マイクロ
レンズ50によって光軸を曲げられる。
Description
関する。特に、本発明は出射光の光軸を平行に揃えるた
めのレンズアレイ素子を用いた画像プロジェクタに関す
る。
の投射方式を示す。図1はフロント投射方式の画像プロ
ジェクタ1を示しており、これは、スライドプロジェク
タのように、スクリーン2の前方から画像プロジェクタ
1によって画像を投影し、同じく前方から画像を観賞す
る方式である。また、図2はリア投射方式の画像プロジ
ェクタ1を用いたCRTプロジェクションテレビ3を示
しており、これは、画像プロジェクタ1から投射された
画像をミラー4,5で反射させて裏面側からスクリーン
6に投射し、表側から画像を観賞する方式である。しか
し、フロント投射方式に用いられる画像プロジェクタ1
とリア投射方式に用いられる画像プロジェクタ1には、
基本的な差異はない。
構造を示す図であって、ランプ7と反射凹面鏡8からな
る発光部9の前方に、2枚の偏光板10,11に挟まれ
た液晶表示パネル12が配置され、その前方にコンデン
サレンズ13が配置されている。しかして、発光部9か
ら出射された平行光が液晶表示パネル12に照射される
と、液晶表示パネル12の各画素に入射した光線は、各
画素のオン、オフに応じて各画素を透過し、あるいは遮
断される。液晶表示パネル12の画素を通過した光線
は、コンデンサレンズ13によってスクリーン2上に結
像されるので、スクリーン2上には液晶表示パネル12
によって制御された画像が生成する。また、液晶表示パ
ネル12の各画素に赤、緑、青からなるカラーフィルタ
を設けることにより、カラー表示にすることもできる。
すように、TFT14を駆動するための配線等が設けら
れているブラックマトリクス領域15や透明電極16等
を形成されたガラス基板17と共通全面電極を形成され
たガラス基板18の間に液晶材料19を封止したもので
あって、ブラックマトリクス領域15によって囲まれた
透明電極16の部分が画素(画素開口)20となってい
る。そのため、液晶表示パネル12に平行光を照射する
と、図5に示すように、液晶表示パネル12に入射した
光線の一部はブラックマトリクス領域15によって遮ら
れ、光の利用効率が低下し、スクリーン2に投影された
画像が暗くなる。
得るため、液晶表示パネル12の前面にマイクロレンズ
アレイ21を配置し、マイクロレンズアレイ21の各レ
ンズ21aを液晶表示パネル12の各画素20に対向さ
せたものが提案されている。マイクロレンズアレイ21
を用いると、図6に示すように、マイクロレンズアレイ
21の各レンズ21aに入射した光線は、液晶表示パネ
ル12の画素20に集光され、液晶表示パネル12に入
射した光がすべて画素20を透過でき、光の利用効率が
向上することになる。
像プロジェクタをカラー表示にすることも試みられてい
る。図7に示すものは、このような画像プロジェクタ2
2の構造を示す概略図である。この画像プロジェクタ2
2にあっては、光路上における発光部23と液晶表示パ
ネル12の間に赤色光を反射するダイクロイックミラー
24、緑色光を反射するダイクロイックミラー25、青
色光を反射するダイクロイックミラー26を互いに異な
る角度に傾けて配置している。しかして、発光部23か
ら出射された光はコリメートレンズ27でコリメートさ
れた後、ダイクロイックミラー24,25,26に斜め
入射する。ダイクロイックミラー24,25,26で反
射された赤色平行光、緑色平行光、青色平行光(赤色光
の領域には破線によるハッチングを施し、緑色光は太線
で示している)は、それぞれ光軸方向(1点鎖線で光軸
を示す)が異なっているから、レンズアレイ21で集光
されると、図8に示すように隣接した異なる画素20に
集光される。赤色光(R)が集光される画素と緑色光
(G)が集光される画素と青色光(B)が集光される画
素は3画素で一描点となっており、組をなす3画素を通
過した光は光軸変換用のレンズ28で屈折された後、結
像レンズ29によってスクリーン2上の1点に結像され
る。
画像プロジェクタ22にあっては、液晶表示パネル12
の画素20を通過後、レンズ28に入射する赤色光、緑
色光および青色光の光軸方向が大きく異なっているので
(図7,図8)、結像レンズ29として高級な組みレン
ズを用いる必要がある。そのため、結像レンズ29のF
値を小さくしづらくなり、収差コントロールなども困難
になり、フロントプロジェクタ用としてはズームレンズ
の使用が難しくなる。また、組みレンズを用いると結像
レンズ29が大きくなって重量が大きくなり、コストも
高くつくという問題があった。さらには、結像レンズ2
9のF値が大きめになるので、マイクロレンズの焦点距
離を故意に長いめに設定し、TFT基板内に集光させた
りしている。この場合、隣接画素(pixel)からの光の
漏れが多くなる傾向にあり、結果的に混色率が大きくな
り、色純度が悪化する一要因となっていた。因みに、ポ
リSiTFTの場合には、画素サイズ20〜30μm□
程度の液晶表示パネルで、投影レンズのF値は1.5程
度が必要となる。
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、画像プロジェクタにおいて液晶表示パネル通過
後の光線を合理的にすることにより、スクリーンに画像
を結像させるための結像レンズの簡略化を図ることにあ
る。
ロジェクタは、波長や偏光方向等の光特性と光軸方向が
異なる光束を発生させる光源と、開口を有する画素を2
次元的に配列された液晶表示パネルと、レンズを2次元
的に配列させた2枚のレンズアレイとを備え、光出射側
のレンズアレイの焦点距離だけ離間させ、かつ、それぞ
れのレンズを1対1に対応させて、前記2枚のレンズア
レイを液晶表示パネルの両側に配置し、光入射側のレン
ズアレイの各レンズによって、入射光を液晶表示パネル
の画素部分に集光させ、入射光の光軸方向にかかわらず
出射光の光軸方向が平行となるよう、光出射側のレンズ
アレイの各レンズによって光軸を変換するようにしたこ
とを特徴としている。
長や偏光方向等の光特性と光軸方向が異なる光束を発生
させる光源と、開口を有する画素を2次元的に配列され
た液晶表示パネルと、レンズを2次元的に配列させた2
枚のレンズアレイとを備え、液晶表示パネルに近い側の
レンズアレイの焦点距離だけ離間させ、かつ、それぞれ
のレンズを1対1に対応させて、前記2枚のレンズアレ
イを液晶表示パネルよりも光入射側に配置し、両レンズ
アレイの各レンズによって、入射光を液晶表示パネルの
画素部分に集光させ、入射光の光軸方向にかかわらず出
射光の光軸方向が平行となるよう、液晶表示パネルに近
い側のレンズアレイの各レンズによって光軸を変換する
ようにしたことを特徴としている。
いられているレンズアレイ素子によれば、光軸の傾きの
異なる入射光束を所定面内の異なる位置で集光させると
ともに、その後光軸方向の揃った光として出射させるこ
とができる。
は、入射光束の集光点に液晶表示パネルを配置すること
によってカラーフィルタを用いないカラー表示方式の画
像フロジェクタを製作することができ、しかも、液晶表
示パネルを通過した後の出射光線は光軸が揃っているの
で、出射光線をレンズで結像レンズに光を集めて結像レ
ンズでスクリーンに結像させる場合、結像レンズの構成
を簡略にしながら、結像レンズの収差を低減すると共に
レンズのF値を小さくすることができる。よって、従来
のように組みレンズのような高級なレンズを使用する必
要がなく、結像レンズを軽量化できると共に結像レンズ
のコストを安価にできる。さらに、結像面をTFT面と
することができるので、光の集光によって画素面の実効
開口率を大きくして光利用効率を向上させることがで
き、また漏れ光による混色率の低下を図ることができ、
画像プロジェクタの色純度を向上させることができる。
画像プロジェクタ41の構成を示す概略図である。全体
の構成は、図7の従来例と類似しているが、液晶表示パ
ネル12とマイクロレンズアレイ素子43を一体的に構
成した部分が異なっている。
ズ27と3枚のダイクロイックミラー24,25,26
によって構成されている。発光部23は、ハロゲンラン
プのような白色ランプ45の背後に反射ミラー46を配
置し、前方にコリメートレンズ27を配置したものであ
って、白色ランプ45から出射された白色光は、コリメ
ートレンズ27により平行光となり、ダイクロイックミ
ラー24,25,26に照射される。
ミラー24、緑色光を選択的に反射するダイクロイック
ミラー25、および青色光を選択的に反射するダイクロ
イックミラー26は、互いに少しずつ角度を変えて配置
されている。しかして、ダイクロイックミラー24,2
5,26に入射した白色平行光は、ダイクロイックミラ
ー24で反射された赤色(R)平行光(赤色平行光の領
域を破線によるハッチングで示す)と、ダイクロイック
ミラー25で反射された緑色(G)平行光(緑色光は太
線で示す)と、ダイクロイックミラー26に反射された
青色(B)平行光に分離されて液晶表示パネル12側へ
向けて出射される。ここで、3枚のダイクロイックミラ
ー24,25,26の傾きが異なっているので、赤色平
行光と緑色平行光と青色平行光の光軸方向(光軸は1点
鎖線で示す)も平行でなく、互いに異なっている。
光を光軸方向の異なる光として出射するものであればよ
く、図9に示すような構成のものには限らない。例え
ば、回折格子あるいはホログラフィック素子でも可能で
ある。
イ素子43の構造を図10に示す。液晶表示パネル12
は、2枚のガラス基板17,18間に液晶材料19を封
止した一般的な構造のものであって(図4参照)、画素
(画素開口)20を囲むようにしてブラックマトリクス
領域15が形成されている。マイクロレンズアレイ素子
43は、液晶表示パネル12のガラス基板17の外面
に、あるいはその付近等に一体に形成されている。マイ
クロレンズアレイ素子43は、ガラス板47の上にマイ
クロレンズアレイ48を成形し、その上に透明樹脂層4
9を介してマイクロレンズアレイ50を積層したもので
あって、マイクロレンズアレイ50が液晶表示パネル1
2のガラス基板17上に成形されている。
0の主平面間の距離Lは、マイクロレンズアレイ50の
焦点距離に等しくなっており、マイクロレンズアレイ4
8の屈折率をn1、透明樹脂層49の屈折率をn2、マ
イクロレンズアレイ50の屈折率をn3とすると、n1
>n2>n3となっている。
ズアレイ48及び50は、その凸面が対向するように配
置してもよい。この場合には、マイクロレンズアレイ4
8の屈折率n1、透明樹脂層49の屈折率n2、マイク
ロレンズアレイ50の屈折率n3の関係は、n1>n
2、n2<n3となる。
分離して反射された赤色平行光、緑色平行光、青色平行
光はマイクロレンズアレイ48を透過することによって
集光されるが、ダイクロイックミラー24,25,26
の傾きによって、これらの平行光は互いに光軸方向が異
なっているから、異なった位置に集光される。そこで、
マイクロレンズアレイ48,50は、赤色平行光、緑色
平行光、青色平行光をそれぞれ隣接する画素20内に集
光させるように設計されており、これによってブラック
マトリックス領域15による光量ロスをなくしている。
しかも、赤色光が集光される画素20と緑色光が集光さ
れる画素20と青色光が集光される画素20を隣接させ
て3画素1組で1描点を構成させることにより、液晶表
示パネル12のカラー表示化を可能にしている。
となった画素20に対して1つのレンズ50aが対応す
るように構成されており、マイクロレンズアレイ48の
各レンズ48aは、マイクロレンズアレイ50の各レン
ズ50aと1対1に対応するように構成されている。
は、マイクロレンズアレイ48,50間の距離(主平面
間の距離)Lが光出射側のマイクロレンズアレイ50の
レンズ焦点距離と等しくなるように設定されているの
で、マイクロレンズアレイ素子43を透過した赤色光、
緑色光及び青色光の各光軸はマイクロレンズアレイ素子
43通過後は互いに平行となる。
色光及び青色光は、光軸変換用のレンズ28によって各
光軸が結像レンズ42の中心を通るように屈折され、結
像レンズによってスクリーン2上に結像され、スクリー
ン2上にカラー画像が表示される。
を通過した赤色光、緑色光及び青色光の光軸方向が平行
となっているので、簡単な結像レンズ42によって赤色
光、緑色光及び青色光をスクリーン2上に結像させるこ
とができる。従って、結像レンズ42として高価な組み
レンズを用いる必要がなくなり、結像レンズ42を軽量
化でき、コストも安価にすることができる。
マイクロレンズアレイ素子43は、図11(a)〜
(h)に示すように、液晶表示パネル12のガラス基板
17と一体に形成される。まず、マイクロレンズアレイ
50の反転パターンを形成されたスタンパ51上に紫外
線硬化樹脂52を供給し[図11(a)]、その上から
ガラス基板17を押し付けて紫外線硬化樹脂52をスタ
ンパ51とガラス基板17間に広げ、ガラス基板17を
通して紫外線を照射することにより紫外線硬化樹脂52
を硬化させ[図11(b)]、紫外線硬化樹脂52によ
ってマイクロレンズアレイ50を成形し、樹脂硬化後に
マイクロレンズアレイ50をスタンパ51から剥離する
[図11(c)]。同様に、マイクロレンズアレイ48
の反転パターンを形成されたスタンパ53上に紫外線硬
化樹脂54を供給し[図11(d)]、その上からガラ
ス板47を押し付けて紫外線硬化樹脂54をスタンパ5
3とガラス板47間に広げ、ガラス板47を通して紫外
線を照射することによって紫外線硬化樹脂54を硬化さ
せ[図11(e)]、紫外線硬化樹脂54によってマイ
クロレンズアレイ48を成形し、樹脂硬化後にマイクロ
レンズアレイ48をスタンパ53から剥離する[図11
(f)]。ついで、ガラス板47の上に形成されたマイ
クロレンズアレイ48の上に紫外線硬化樹脂55を供給
し[図11(g)]、マイクロレンズアレイ50を下に
向けたガラス基板17を紫外線硬化樹脂55の上に重ね
て加圧し、マイクロレンズ48,50間の距離Lを調整
した後、ガラス基板17及びマイクロレンズアレイ50
を通して紫外線を照射することによって紫外線硬化樹脂
55を硬化させて透明樹脂層49を成形し[図11
(h)]、マイクロレンズアレイ素子43が一体に製作
される。
ガラス基板17が一体化されているので、液晶表示パネ
ル12は、マイクロレンズアレイ素子43を製作した
後、マイクロレンズアレイ素子43と一体化されている
ガラス基板17の上に、TFT等のスイッチン素子を形
成したり、配線を施したりして、液晶表示パネル12が
一体に製作される。
実施形態による画像プロジェクタの液晶表示パネル12
及びマイクロレンズアレイ素子61を示す一部破断した
断面図である。この実施形態にあっては、液晶表示パネ
ル12のガラス基板18上にマイクロレンズアレイ50
を成形し、その上に透明樹脂層62を介してガラス板6
3で覆っている。また、ガラス板47上に成形されたマ
イクロレンズ48を透明樹脂層64を介して液晶表示パ
ネル12と一体化してある。
両側にマイクロレンズアレイ48,50が配置されてい
るが、2枚のマイクロレンズアレイ48,50の主平面
間の距離Lは、光出射側のマイクロレンズアレイ50の
焦点距離に等しくしている。また、マイクロレンズアレ
イ48の屈折率n1と透明樹脂層64の屈折率n5の間
には、n1>n5の関係があり、マイクロレンズアレイ
50の屈折率n2と透明樹脂層62の屈折率n6の間に
は、n2>n6の関係がある。
クロレンズアレイ48で集光された赤色光、緑色光、青
色光は互いに光軸方向が異なった状態でそれぞれの画素
20に集光されるが、液晶表示パネル12の各画素20
を通過した赤色光、緑色光及び青色光はマイクロレンズ
アレイ50で互いに光軸が平行となるように屈折され、
光軸変換用のレンズ28へ出射される。従って、やはり
結像レンズ42の構成を簡略にでき、結像レンズ42を
軽量化すると共にコストも安価にできる。
発明のさらに別な実施形態による画像プロジェクタの液
晶表示パネル12とマイクロレンズアレイ素子71の構
成を示す一部破断した断面図である。この実施形態は、
図10の構成に加え、液晶表示パネル12の光出射側の
ガラス基板18の表面に、各画素20を通過した光をコ
リメートさせるためのコリメートレンズアレイ72を一
体成形したものである。このコリメートレンズアレイ7
2の各レンズ72aは、液晶表示パネル12の各画素2
0と1対1に対応している。
外面にコリメートレンズアレイ72を備えているので、
液晶表示パネル12を通過した赤色光、緑色光及び青色
光の光軸が平行となるように揃うだけでなく、画素20
を通過した赤色光、緑色光及び青色光が平行光としてコ
リメートレンズアレイ72からレンズ28へ向けて出射
される。従って、液晶表示パネル12の縁から出射され
た光が、レンズ28外へ広がって画像の周辺部分で光量
不足となるのを防止できる。
に別な実施形態による画像プロジェクタの液晶表示パネ
ル12とマイクロレンズアレイ素子81の部分を示す一
部破断した断面図である。
透過した赤色光、緑色光、青色光の光軸を液晶表示パネ
ル12と垂直な方向を向くように揃えるのでなく、各光
軸が結像レンズ42のレンズ中心を通るようにマイクロ
レンズアレイ48,50を構成している。この実施形態
では、液晶表示パネル12を通過した赤色光、緑色光、
青色光が結像レンズ42のレンズ中心に向けて出射され
るので、光軸変換用のレンズ28を不要にすることがで
きる。
のさらに別な実施形態による画像プロジェクタ91の構
成を示す概略図である。この画像プロジェクタ91にあ
っては、光源(図示せず)から出射された平行光を偏光
ビームスプリッタ92に入射させ、偏光ビームスプリッ
タ92によってP偏光とS偏光とに分け、偏光ビームス
プリッタ92を透過したS偏光をプリズム94で偏向さ
せて液晶表示パネル12に入射させる。また、偏光ビー
ムスプリッタ92で反射したP偏光をミラー93で反射
させた後、プリズム94で偏向させて液晶表示パネル1
2に入射させる。
の構造を示す概略断面図であって、液晶表示パネル12
の入射側と出射側にはそれぞれ、マイクロレンズアレイ
素子96を構成するマイクロレンズ48及び50が設け
られており、マイクロレンズアレイ50に対向して偏光
フィルタ95が設けられている。なお、97,98は透
明樹脂層である。
P偏光とS偏光は光軸が反対側へ傾いているので、それ
ぞれ隣接する所定に画素20に集光される。この対とな
る画素20を一方をオン、他方をオフとなるように制御
し、あるいは、一方をオフ、他方をオンとなるように制
御すれば、両画素20を同時に光(P偏光、S偏光)が
透過するか、あるいは同時に遮断される。従って、P偏
光及びS偏光を同時に利用することができ、画像プロジ
ェクタ91の光量損失を低減して明るい画像を得ること
ができる。
も、マイクロレンズアレイ50によって光軸が平行に揃
えられるので、レンズ28を通過した光を結像させる結
像レンズ42として簡易なものを用いることができる。
示す概略図である。
たCRTプロジェクションテレビの断面図である。
る。
である。
す図である。
る。
構成を示す図である。
びマイクロレンズアレイ素子の構造を詳細に示す一部破
断した断面図である。
を示す図である。
の配置を示す一部破断した断面図である。
ズアレイ素子の構造を示す一部破断した断面図である。
ロレンズアレイ素子の構造を示す一部破断した断面図で
ある。
ロレンズアレイ素子の構造を示す一部破断した断面図で
ある。
る画像プロジェクタの構成を示す図、(b)はその液晶
表示パネル及びマイクロレンズアレイ素子の構造を示す
断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 波長や偏光方向等の光特性と光軸方向が
異なる光束を発生させる光源と、開口を有する画素を2
次元的に配列された液晶表示パネルと、レンズを2次元
的に配列させた2枚のレンズアレイとを備え、 光出射側のレンズアレイの焦点距離だけ離間させ、か
つ、それぞれのレンズを1対1に対応させて、前記2枚
のレンズアレイを液晶表示パネルの両側に配置し、 光入射側のレンズアレイの各レンズによって、入射光を
液晶表示パネルの画素部分に集光させ、入射光の光軸方
向にかかわらず出射光の光軸方向が平行となるよう、光
出射側のレンズアレイの各レンズによって光軸を変換す
るようにしたことを特徴とする画像プロジェクタ。 - 【請求項2】 波長や偏光方向等の光特性と光軸方向が
異なる光束を発生させる光源と、開口を有する画素を2
次元的に配列された液晶表示パネルと、レンズを2次元
的に配列させた2枚のレンズアレイとを備え、 液晶表示パネルに近い側のレンズアレイの焦点距離だけ
離間させ、かつ、それぞれのレンズを1対1に対応させ
て、前記2枚のレンズアレイを液晶表示パネルよりも光
入射側に配置し、 両レンズアレイの各レンズによって、入射光を液晶表示
パネルの画素部分に集光させ、入射光の光軸方向にかか
わらず出射光の光軸方向が平行となるよう、液晶表示パ
ネルに近い側のレンズアレイの各レンズによって光軸を
変換するようにしたことを特徴とする画像プロジェク
タ。
Priority Applications (1)
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JP32065198A JP3746905B2 (ja) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | 画像プロジェクタ |
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JP32065198A Expired - Fee Related JP3746905B2 (ja) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | 画像プロジェクタ |
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