JP2006126787A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射型液晶ライトバルブに埃や塵が積りにくく、小型化が可能な画像表示装置を提供する。
【解決手段】矩形状の反射型液晶ライトバルブ１０、１１、１２により３原色光を光変調した後、色合成して反射する反射部５と、反射された色合成光を平面鏡３に射出する投射レンズ７と、を備える。３つの反射型ライトバルブ１０、１１、１２は、長辺方向が鉛直方向を向くように配置され、３つの反射型ライトバルブ１０、１１、１２のうちの２つは、短辺方向が色分解合成光学系９から画像光が出射する方向に平行になるように配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ライトバルブに埃や塵が積もりにくく、小型化が可能な画像表示装置に関する。

従来より、ライトバルブを利用した液晶プロジェクタがある。この液晶プロジェクタを用いた画像表示装置としては、液晶プロジェクタの投射像を複数の折り曲げミラーを経由させて、投射レンズでスクリーン上に投射する方式が知られている。
例えば、特許文献１には、箱部材中に、反射型ライトバルブと、光源から出射される光を３原色光に色分解した後、反射型ライトバルブで変調して色合成して画像光を出射する色分解合成光学系と、色分解合成光学系から出射される画像光をスクリーンに導くための投射レンズと、第１、第２折り曲げミラーと、スクリーンとを収納した画像表示装置が記載されている。
特開２０００−７５４０９号公報

この種の画像表示装置においては、反射型ライトバルブの表面に空気中の埃や塵が積もると、反射型ライトバルブの光学性能を低下させてしまう。また、色分解合成光学系や投射レンズの配置によっては、小型化ができないといった問題があった。

そこで、本発明は、前述の課題に鑑みて提案されるものであって、反射型液晶ライトバルブに埃や塵が積りにくく、小型化が可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る第１の発明は、スクリーンに投射画像を表示させる画像表示装置において、３原色光を発生する発生手段と、前記３原色光の各色光を画像信号に応じて光変調する３つの矩形状の反射型ライトバルブと、前記３つの反射型ライトバルブで光変調して反射された出射光を合成して画像光として出射する色合成光学系と、前記画像光を反射する反射部と、前記反射部で反射された画像光を投射する投射レンズと、前記スクリーンに対して所定の角度を有して配置され、前記投射レンズによって投射された画像光を前記スクリーン方向に反射させる平面鏡とを備え、前記３つの反射型ライトバルブは、長辺方向が鉛直方向を向くように配置され、前記３つの反射型ライトバルブのうちの２つは、短辺方向が前記色合成光学系からの前記画像光の出射方向に平行になるように配置されていることを特徴とする画像表示装置を提供する。
第２の発明は、前記所定の角度をθ_M（θ_M＜４５°）、前記スクリーンの縦方向をＹ軸、横方向をＸ軸、垂直方向をＺ軸、かつ原点を前記反射部の中心とする直交座標を設定して、前記反射部に入射する前記画像光の入射光軸が前記Ｘ軸と前記Ｚ軸とで形成されるＸＺ面内にあって、かつ前記Ｘ軸となす角度をθ₁（０°よりも大きい正の角度）とし、前記反射部で反射された画像光の出射光軸が前記Ｙ軸と前記Ｚ軸とで形成されるＹＺ平面内にあって、かつ前記Ｙ軸となす角度をθ₂（０°よりも大きい正の角度）とするとき、前記反射部は、前記反射部へ下ろした垂線が前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とで形成されるＸＹ面内にあって、かつ前記Ｙ軸と４５°をなすように配置され、前記入射光軸と前記出射光軸とで形成される平面が前記スクリーンに対して所定角度を有するよう配置され、かつ、θ₂＝９０−２θ_M、θ₁＝θ₂なる関係を有することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置を提供する。
第３の発明は、前記色合成光学系と前記反射部との間に、前記色合成光学系で合成された画像光を前記入射光軸方向に反射する反射鏡を配置したことを特徴とする請求項２記載の画像表示装置を提供する。

本発明によれば、３つの反射型液晶ライトバルブは、長辺方向が鉛直方向に向くようにして配置されているので、反射型液晶ライトバルブの表面に埃や塵を積もりにくくすることができる。また、３つの反射型液晶ライトバルブのうちの２つは、長辺方向が鉛直方向に向き、短辺方向が画像光の出射方向に平行なるように配置されているので、投射レンズのバックフォーカスを短くできる。更に、角度θ_M、θ₁、θ₂の間に、θ₂＝９０−２θ_M、θ₁＝θ₂の関係を有するようにした場合には、平面鏡が背面方向に突き出る長さを短くできるため、小型化を図ることができる。

以下、本発明に係る画像表示装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る画像表示装置の第１実施例を示す斜視図である。図２は、液晶プロジェクタの構成を説明するための図である。図３は、第１実施例の反射ミラーの配置を説明する図である。図４は、本発明に係る画像表示装置の第２実施例を示す斜視図である。図５は、第２実施例の反射ミラーの配置を説明する図である。図６は、本発明に係る画像表示装置の第３実施例を示す斜視図である。図７は、本発明に係る画像表示装置の第４実施例を示す斜視図である。
以下の各実施例で用いる図１、図４、図６、図７では、便宜上、箱部材Ｌ内に収納された構成部品を実線で示し、箱部材Ｌを破線で示している。

＜第１実施例＞
図１に示すように、本発明の第１実施例に係る画像表示装置１は、スクリーン２に対して角度θ_M＝４５°を有して配置された平面鏡３と、スクリーン２と平面鏡３との間に配置された液晶プロジェクタ４と、液晶プロジェクタ４から出射される画像光を反射させる反射ミラー５と、反射ミラー５を収納した導光筒６と、反射ミラー５で反射された画像光を平面鏡３に投射する投射レンズ７と、を備えている。スクリーン２、平面鏡３、液晶プロジェクタ４、反射ミラー５、導光筒６、投射レンズ７は、箱部材Ｌ中に収納されている。
そして、液晶プロジェクタ４は、投射レンズ８と、色分解合成光学系９と、ＲＧＢ用反射型ライトバルブ１０、１１、１２と、から構成されている。

図２に示すように、色分解合成光学系９は、波長選択性位相差板１３と、分離膜１４Ａを有する第１偏光ビームスプリッタ１４と、Ｇ用波長選択性位相差板１５と、分離膜１６Ａを有する第２偏光ビームスプリッタ１６と、Ｒ用波長選択性位相差板１７と、分離膜１８Ａを有する第３偏光ビームスプリッタ１８と、Ｂ用波長選択性位相差板１９と、分離膜２０Ａを有する第４偏光ビームスプリッタ２０と、から構成されている。

波長選択性位相差板１３は、入射する不定偏光光ＰのＲ光（赤色光）及びＧ光（緑色光）のみをＰ偏光にし、Ｂ光（青色光）をＳ偏光のまま透過させる。第１偏光ビームスプリッタ１４は、波長選択性位相差板１３でＰ偏光にされたＲＧ光をそのまま透過し、Ｓ偏光のＢ光を分離膜１４Ａで反射させる。Ｇ用波長選択性位相差板１５は、第１偏光ビームスプリッタ１４を透過したＰ偏光のＲＧ光のうち、Ｐ偏光のＲ光をそのまま透過させ、Ｇ光の偏光面をＰ偏光からＳ偏光にする。

第２偏光ビームスプリッタ１６は、Ｇ用波長選択性位相差１５を透過したＰ偏光のＲ光をそのまま透過し、このＰ偏光のＲ光の透過方向に配置されたＲ用反射型液晶ライトバルブ１１で光変調してＳ偏光にしたＲ光を分離膜１６Ａで反射させる一方、Ｇ用波長選択性位相差１５でＳ偏光にされたＧ光を分離膜１６Ａで反射し、分離膜１６Ａで反射された方向に配置されたＧ用反射型液晶ライトバルブ１０で光変調してＰ偏光にしたＧ光をそのまま透過させる。

Ｒ用波長選択性位相差板１７は、第２偏光ビームスプリッタ１６を透過したＰ偏光のＧ光及び分離膜１６Ａで反射されたＳ偏光のＲ光のうち、Ｒ光のＳ偏光の偏光面をＰ偏光にして、Ｐ偏光のＧ光と共に透過させる。

第３偏光ビームスプリッタ１８は、第１偏光ビームスプリッタ１４の分離膜１４Ａで反射されたＳ偏光のＢ光を分離膜１８Ａで反射させ、分離膜１８Ａで反射された方向に配置されたＢ用反射型液晶ライトバルブ１２で光変調してＰ偏光にしたＢ光をそのまま透過させる。
Ｂ用波長選択性位相差板１９は、第３偏光ビームスプリッタ１８を透過したＰ偏光のＢ光の偏光面をＳ偏光にして透過させる。

第４偏光ビームスプリッタ２０は、Ｒ用波長選択性位相差板１７を透過したＰ偏光のＲＧ光をそのまま透過し、Ｂ用波長選択性位相差板１９を透過したＳ偏光のＢ光を分離膜２０Ａで反射させて、Ｐ偏光のＲＧ光とＳ偏光のＢ光との色合成を行って画像光として出射させる。

投射レンズ８は、第４偏光ビームスプリッタ２０から出射された画像光を反射ミラー５に出射する。
ここで、ＲＧＢ用反射型液晶ライトバルブ１０、１１、１２は、矩形状である。そして、Ｇ用反射型液晶ライトバルブ１０は、長辺方向が鉛直方向に向くようにして、Ｓ偏光のＧ光が分離膜１６Ａで反射されて出射する第２偏光ビームスプリッタ１６の面に対向配置されている。

Ｒ用反射型液晶ライトバルブ１１は、長辺方向が鉛直方向に向き、短辺方向が画像光の出射方向に平行になるようにして、Ｐ偏光のＲ光が分離膜１６Ａを透過して出射する第２偏光ビームスプリッタ１６の面に対向配置されている。Ｂ用反射型液晶ライトバルブ１２は、長辺方向が鉛直方向に向き、短辺方向が画像光の出射方向に平行になるようにして、Ｓ偏光のＢ光が分離膜１８Ａで反射されて出射する第３偏光ビームスプリッタ１８の面に対向配置されている。

ここで、反射ミラー５の配置について説明する。
図３に示すように、スクリーン２の縦方向をＹ軸、横方向をＸ軸、垂直方向をＺ軸、かつ原点を反射ミラー５の中心とする直交座標を設定するとき、反射ミラー５は、投射レンズ８から出射された画像光の入射光軸２１がＸ軸上にあり、出射光軸２２がＹ軸上にあるように配置されている。
反射ミラー５に下ろした垂線２３は、ＸＹ面内にあって、Ｙ軸とのなす角が４５°である。また、ＸＹ平面は、スクリーン２に平行な面であり、ＸＺ面とＹＺ面は、スクリーン２に直交な面である。

平面鏡３は、スクリーン２に対して角度θ_M＝４５°を有して配置されているので、平面鏡３で反射された画像光は、スクリーン２に対して垂直方向に出射される。また、入射光軸２１はＸ軸上に、出射光軸２２は、Ｙ軸上にあるので、スクリーン２に投射される画像光は、回転せずにそのまま正置する。

次に、画像表示装置の動作について図１及び図２を用いて説明する。
図２に示すように、不定偏光光Ｐは、色分解合成光学系９の波長選択性位相差板１３でＰ偏光のＲＧ光及びＳ偏光のＢ光にされ、そのまま透過して、第１偏光ビームスプリッタ１４に入射する。Ｐ偏光のＲＧ光は、第１偏光ビームスプリッタ１４をそのまま透過し、Ｇ用波長選択性位相差板１５に入射する。Ｓ偏光のＢ光は、分離膜１４Ａで反射して、第３偏光ビームスプリッタ１８に入射する。

第１偏光ビームスプリッタ１４を透過したＰ偏光のＲＧ光のうち、Ｇ光は、Ｇ用波長選択性位相差板１５でＰ偏光から偏光面をＳ偏光にされる一方、Ｒ光は、Ｇ用波長選択性位相差板１５をそのまま透過し、第２偏光ビームスプリッタ１６に入射する。
そして、Ｐ偏光のＲ光は、第２偏光ビームスプリッタ１６をそのまま透過してＲ用反射型液晶ライトバルブ１１に入射する。Ｓ偏光のＧ光は、第２偏光ビームスプリッタ１６の分離膜１６Ａで反射されて、Ｇ用反射型液晶ライトバルブ１０に入射する。

Ｓ偏光のＧ光は、Ｇ用反射型液晶ライトバルブ１０で光変調されてＰ偏光にされた後、第２偏光ビームスプリッタ１６の分離膜１６Ａを透過する一方、Ｐ偏光のＲ光は、Ｒ用反射型液晶ライトバルブ１１で光変調してＳ偏光にされた後、第２偏光ビームスプリッタ１６の分離膜１６Ａで反射されて、Ｒ用波長選択性位相差板１７に入射する。分離膜１６Ａを透過したＰ偏光のＧ光と分離膜１６Ａで反射されたＳ偏光のＲ光のうち、Ｓ偏光のＲ光は、Ｒ用波長選択性位相差板１７でＳ偏光の偏光面をＰ偏光にされる一方、Ｐ偏光のＧ光は、Ｒ用波長選択性位相差板１７をそのまま透過して、第４偏光ビームスプリッタ２０に入射する。

第１偏光ビームスプリッタ１４の分離膜１４Ａで反射されたＳ偏光のＢ光は、第３偏光ビームスプリッタ１８の分離膜１８Ａで反射されてＢ用反射型液晶ライトバルブ１２に入射する。更に、Ｓ偏光のＢ光は、Ｂ用反射型液晶ライトバルブ１２で光変調されてＰ偏光にされた後、第３偏光ビームスプリッタ１８の分離膜１８Ａを透過して、Ｂ用波長選択性位相差板１９に入射する。

分離膜１８Ａを透過したＰ偏光のＢ光は、Ｂ用波長選択性位相差板１９でＰ偏光の偏光面をＳ偏光にされた後、第４偏光ビームスプリッタ２０に入射する。
そして、Ｒ用波長選択性位相差板１７を透過したＰ偏光のＲＧ光は、第４偏光ビームスプリッタ２０の分離膜２０Ａを透過し、Ｂ用波長選択性位相差板１９から出射されるＳ偏光のＢ光は、分離膜２０Ａで反射されて投射レンズ８に入射する。投射レンズ８は、Ｐ偏光のＲＧ光とＳ偏光のＢ光との色合成を行って画像光として反射ミラー５に出射する。

そして、図１に示すように、反射ミラー５で反射された画像光は、投射レンズ７により平面鏡３に出射され、この平面鏡３で反射されてスクリーン２に直交する方向に入射して画像表示をする。
この結果、スクリーン２には、ＲＧＢ反射型ライトバルブ１０、１１、１２で形成された画像がそのまま拡大され、正置した状態で投射される。

以上のように、本発明の第１実施例によれば、第２偏光ビームスプリッタ１６及び第３偏光ビームスプリッタ１８に対向配置されたＲＧＢ用反射型液晶ライトバルブ１０、１１、１２は、長辺方向が鉛直方向に向くように配置されているので、反射型液晶ライトバルブ１０、１１、１２の表面に埃や塵を積もりにくくすることができる。

また、第２偏光ビームスプリッタ１６に対向配置されたＲ用反射型液晶ライトバルブ１１及び第３偏光ビームスプリッタ１８に対向配置されたＢ用反射型液晶ライトバルブ１２は、長辺方向が鉛直方向に向き、短辺方向が画像光の出射方向に平行になるように配置されているので、投射レンズ８のバックフォーカスが短くできる。
更に、平面鏡３は、スクリーン２に対して角度θ_M＝４５°で配置されているので、投射レンズ７から出射される画像光を回転せずにそのまま正置させることができる。

＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例について図４及び図５を用いて説明する。
第１実施例と同一構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
図４に示すように、本発明の第２実施例の画像表示装置２４は、第１実施例の画像表示装置１において、平面鏡３をスクリーン２に対して角度θ_M＜４５°になるようにして配置し、図５に示すように反射ミラー５を入射光軸２１がＸ軸となす角度θ₁及び出射光軸２２がＹ軸となす角度θ₂が所定の鋭角になるようにして配置して、平面鏡３が箱部材Ｌの背面方向に突き出る長さを短くして、箱部材Ｌを含めて全体的に小型化を図るようにしたものであり、それ以外は同様である。

この際、角度θ₁、θ₂、θ_Mの間には、θ₂＝９０°−２θ_M、θ₁＝θ₂の関係を有する。θ₂＝９０°−２θ_Mの関係を有するのは、平面鏡３で反射された画像光をスクリーン２に対して垂直方向に出射させるためであり、θ₁＝θ₂の関係を有するのは、スクリーン２に投射される画像光を回転させずにそのまま正置させるためである。
この画像表示装置２４の動作は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。

本発明の第２実施例によれば、第１実施例の効果に加え、平面鏡３は、スクリーン２に対して角度θ_M＜４５°になるようにして配置されるので、更に小型化を図ることができる。

＜第３実施例＞
次に、本発明の第３実施例について図６を用いて説明する。
図６に示すように、本発明の第３実施例の画像表示装置２５は、第２実施例の画像表示装置２４における投射レンズ７と平面鏡３との間に平面鏡２６を配置したものであり、それ以外は同様である。
本発明の第３実施例によれば、平面鏡２６を必要とするため、部品数は増加するが、投射レンズ７から出射される画像光を平面鏡２６によって一旦反射させてから平面鏡３に入射させるようにしているので、平面鏡３に対する画像光の入射角度を任意に変えることができるため、第２実施例よりも更に自由度を有した小型化を図ることができる。

＜第４実施例＞
次に、本発明の第４実施例について図５及び図７を用いて説明する。
図７に示すように、第４実施例の画像表示装置２７は、第２実施例の画像表示装置２５における液晶プロジェクタ４の投射レンズ８と反射ミラー５との間に投射レンズ８から射出された画像光を反射する反射鏡２８を配置したものであり、それ以外は同様である。
第４実施例によれば、反射鏡２８の配置角度により、図５に示した入射光軸２１がＸ軸となす角度θ₁を自由に選択できるため、小型化の自由度を増すことができる。

なお、以上の第１〜第４実施例で説明した反射ミラー５の代わりにプリズムを用いても良い。反射鏡２８は、複数の鏡を用いて良いし、球面鏡、非球面鏡を用いても良い。また、箱部材Ｌがない場合にも同様な効果が得られる。更に、各実施例では、角度θ₁、θ₂は、鋭角又は０°としたが、直交座標をそのままにして、反射ミラー５をＺ軸を中心に９０°回転し、反射ミラー５の反射面を−Ｘ軸側になるようにすれば、角度θ₁、θ₂は、鈍角表示となるため、各実施例による配置は、単なる１例であり、各実施例に限定されるものではない。

第１〜第４実施例では、色分解合成光学系９を用いて、白色光を色分解してＲＧＢ光を生成したが、ＲＧＢ光の発生手段として、ＲＧＢ光を独立に発光する３色ＬＥＤを用いても良い。この場合には、色分解合成光学系９の代わりに単なる色合成光学系を用いる。

本発明に係る画像表示装置の実施の形態の斜視図である。 液晶プロジェクタの構成を説明するための図である。 第１実施例の反射ミラーの配置を説明する図である。 本発明に係る画像表示装置の第２実施例を示す斜視図である。 第２実施例の反射ミラーの配置を説明する図である。 本発明に係る画像表示装置の第３実施例を示す斜視図である。 本発明に係る画像表示装置の第４実施例を示す斜視図である。

符号の説明

１、２４、２５、２７…画像表示装置、２…スクリーン、３、２５…平面鏡、４…液晶プロジェクタ、５…反射ミラー（反射部）、６…導光筒、７、８…投射レンズ、９…色分解合成光学系、１０…Ｇ用反射型液晶ライトバルブ、１１…Ｒ用反射型液晶ライトバルブ、１２…Ｂ用反射型液晶ライトバルブ、１３…波長選択性位相差板、１４…第１偏光ビームスプリッタ、１５…Ｇ用波長選択性位相差板、１６…第２偏光ビームスプリッタ、１７…Ｒ用波長選択性位相差板、１８…第３偏光ビームスプリッタ、１９…Ｂ用波長選択性位相差板、２０…第４偏光ビームスプリッタ、１４Ａ、１６Ａ、１８Ａ、２０Ａ…分離膜、２６…平面鏡、２８…反射鏡

Claims (3)

1. スクリーンに投射画像を表示させる画像表示装置において、
   ３原色光を発生する発生手段と、
   前記３原色光の各色光を画像信号に応じて光変調する３つの矩形状の反射型ライトバルブと、
   前記３つの反射型ライトバルブで光変調して反射された出射光を合成して画像光として出射する色合成光学系と、
   前記画像光を反射する反射部と、
   前記反射部で反射された画像光を投射する投射レンズと、
   前記スクリーンに対して所定の角度を有して配置され、前記投射レンズによって投射された画像光を前記スクリーン方向に反射させる平面鏡とを備え、
   前記３つの反射型ライトバルブは、長辺方向が鉛直方向を向くように配置され、前記３つの反射型ライトバルブのうちの２つは、短辺方向が前記色合成光学系からの前記画像光の出射方向に平行になるように配置されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記所定の角度をθ_M（θ_M＜４５°）、前記スクリーンの縦方向をＹ軸、横方向をＸ軸、垂直方向をＺ軸、かつ原点を前記反射部の中心とする直交座標を設定して、前記反射部に入射する前記画像光の入射光軸が前記Ｘ軸と前記Ｚ軸とで形成されるＸＺ面内にあって、かつ前記Ｘ軸となす角度をθ₁（０°よりも大きい正の角度）とし、前記反射部で反射された画像光の出射光軸が前記Ｙ軸と前記Ｚ軸とで形成されるＹＺ平面内にあって、かつ前記Ｙ軸となす角度をθ₂（０°よりも大きい正の角度）とするとき、
   前記反射部は、前記反射部へ下ろした垂線が前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とで形成されるＸＹ面内にあって、かつ前記Ｙ軸と４５°をなすように配置され、前記入射光軸と前記出射光軸とで形成される平面が前記スクリーンに対して所定角度を有するよう配置され、
   かつ、θ₂＝９０−２θ_M、θ₁＝θ₂なる関係を有することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記色合成光学系と前記反射部との間に、前記色合成光学系で合成された画像光を前記入射光軸方向に反射する反射鏡を配置したことを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。