JP2008014983A

JP2008014983A - 投射型表示装置及びこれを用いた背面投射型表示装置

Info

Publication number: JP2008014983A
Application number: JP2006182950A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tanabe; 田辺将行
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2008-01-24

Abstract

【課題】
複数個のランプ部を用いた場合の高輝度化、且つ小型化が可能な投射型表示装置を提供することにある。
【解決手段】
楕円面形状のリフレクタと楕円面形状のリフレクタの第１の焦点上に配置された光源とで形成された複数のランプ部の楕円面形状のリフレクタの第２の焦点と、光合成部である放物面形状のリフレクタの焦点とを一致させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のランプ部を用いた投射型表示装置及び背面投射型表示装置に関するものである。

下記特許文献１には、第１の光源と、出射光軸が第１の光源の出射光軸に直交するｎ個の他の光源と、第１の光源からの距離に対応して各他の光源から離れた位置で当該他の光源の出射光線を直角方向に全反射するｎ個のリフレクターと、第１の光源の出射光軸又は各リフレクターの反射光軸と各他の光源の出射光軸との交点に配置され、入射光の一部分を直角方向に反射するとともに入射光の他の一部分を透過させるΣｎ個のハーフミラーとを備えた構成が開示されている。

特開平６−２０８０８０号公報

特許文献１では、複数の光源を用いた場合において、Σｎ個のハーフミラーを使用しているため、投射型表示装置全体が大型化する。また、上記構成により、第１の光源及び各他の光源から出射される光線をそれぞれ均等に分光して、輝度及び色度が等しい複数の出射光線を得るため、インテグレータをさらに含む構成については何ら考慮されていない。

本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数個のランプ部を用いた場合の高輝度化、且つ小型化が可能な投射型表示装置を提供することにある。

本発明の一面は、楕円面形状のリフレクタと楕円面形状のリフレクタの第１の焦点上に配置された光源とで形成された複数のランプ部の楕円面形状のリフレクタの第２の焦点と、光合成部である放物面形状のリフレクタの焦点とを一致させる。

高輝度かつ小型化が可能な投射型表示装置及び背面投射型表示装置を提供できる。

以下、図面を用いて、実施例について説明する。なお、各図において、共通な機能を有する要素には同一な符号を付して示し、一度説明したものについてはその説明を省略する。

図１は、実施例１を示す投射型表示装置の概略図である。３Ａは第１のランプ部であり、光源１Ａと、楕円面形状のリフレクタ２Ａとで形成され、光源１Ａはリフレクタ２Ａの第１の焦点位置に配置されている。３Ｂは第２のランプ部であり、同様に光源１Ｂ、楕円面形状のリフレクタ２Ｂから形成され、光源１Ｂはリフレクタ２Ｂの第１の焦点位置に配置されている。少なくとも、第１のランプ部と第２のランプ部とで形成されるユニットをランプユニットと云う。なお、分かりやすいように、光源は点、リフレクタは反射面のみを記している。４は放物面形状の反射面４Ｃをもつ光合成部、第１のレンズアレイ６と第２のレンズアレイ７の２つをレンズアレイ群としたインテグレータ６７である。インテグレータ６７には、ライトパイプを用いても良い。８は偏光変換素子、９は集光レンズ、１０Ｒ，１０Ｇはコンデンサレンズ、１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは映像表示素子、２０１は第１のダイクロイックミラー、２０２は第２のダイクロイックミラー、２０３，２０４，２０５は全反射ミラー、２０６は第１リレーレンズ、２０７は第２リレーレンズ、２０８は第３リレーレンズ、２０９Ｒ，２０９Ｇ，２０９Ｂは入射側偏光板、２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂは出射側偏光板、２１１は色合成部であるダイクロイックプリズム、２１２は投射レンズである。ここで、記号Ｒは赤色、Ｇは緑色、Ｂは青色の要素を示すものとする。

光源１Ａ、１Ｂを出射した光は、それぞれリフレクタ２Ａ、２Ｂで反射され、光合成部４に入射する。このとき、各リフレクタ２Ａ，２Ｂの第２の焦点位置と光合成部４の反射面４Ｃの焦点位置（Ｐ）が一致するようにランプ部３Ａ，３Ｂを配置している。この様に配置することにより、楕円面形状のリフレクタ２Ａ，２Ｂの第１の焦点位置にある光源１Ａ，１Ｂから出射した光は、該楕円面形状のリフレクタ２Ａ，２Ｂで反射され、それぞれリフレクタ２Ａ，２Ｂの第２の焦点Ｐにて集光した後、光合成部４の反射面４Ｃに入射する。その後、光合成部４の反射面４Ｃで反射した光は平行光とされ、合成部４光軸延長上にある第１のレンズアレイ６に入射する。すなわちランプ部３Ａ，３Ｂを出射した光は光合成部４により合成され平行光となる。

ランプ部３Ａ，３Ｂの位置は、第２の焦点位置が光合成部４の焦点Ｐと一致し、かつ光合成部４からの光４０１を遮らない位置であれば、図に示すような平面配置以外でもよい。ここで、第１のレンズアレイ６に入射するまでを光源ユニット５とする。

第１のレンズアレイ６に入射した光は、第１のレンズアレイ６に入射した光をマトリックス状に配設された複数のレンズセル６３の光に分割して、光の照度を効率よく略均一化し、第２のレンズアレイ７と偏光変換素子８を通過するように導く。この時、偏光変換素子８で第２のレンズアレイ７から入射する光は所定の偏光に揃えられる。偏光変換素子８の出射光は集光レンズ９を透過後、光軸に対して４５度傾斜して配置された第１の色分離部である第１のダイクロイックミラー２０１によってＲ光は反射され、Ｇ光、Ｂ光は透過する。Ｒ光は全反射ミラー２０３で反射した後、コンデンサレンズ１０Ｒによって平行光とされ、入射側偏光板２０９Ｒによって不要偏光が除去（吸収）された上で、映像表示素子１１Ｒに入射し、重畳結像する。

一方、第１のダイクロイックミラー２０１を透過したＢ光とＧ光は、第２の色分離部である第２のダイクロイックミラー２０２に入射する。この第２のダイクロイックミラー２０２によりＧ光は反射し、入射側偏光板２０９Ｇによって不要偏光が除去（吸収）された上で、映像表示素子１１Ｇに入射し、重畳結像する。

また、第２のダイクロイックミラー２０２を透過したＢ光は、第１リレーレンズ２０６を透過し、Ｂ光用全反射ミラー２０４によりその光路を９０°折り曲げられて第２リレーレンズ２０７を透過後、Ｂ光用全反射ミラー２０５によりその光路を９０°折り曲げられて、映像表示素子前に設けられている第３リレーレンズ２０８により平行光とされる。その後入射側偏光板２０９Ｂによって不要偏光が除去（吸収）された上で、透過型の映像表示素子１１Ｂに入射し、重畳結像する。

映像表示素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂでは、駆動回路（図示せず）より印加される映像信号（図示せず）に応じて、映像表示素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの各画素を形成する液晶セル毎にその偏光方向が変わり、最終的に出射側偏光板２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂの偏光方向と一致する方向になった光は出射側偏光板２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂを通過し出射され、ダイクロイックプリズム２１１に入射する。また、偏光方向と直交方向になった光は出射側偏光板２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂで吸収され、ダイクロイックプリズム２１１には入射しない。このようにして、外部より入力する映像信号に応じて光の濃淡に変える光強度変調が行われて、光学像である画像が形成される。

ダイクロイックプリズム２１１では、Ｒ光，Ｂ光を反射し、Ｇ光を透過させて色合成し、投射レンズ２１２に出射する。そして、投射レンズ２１２はダイクロイックプリズム２１１で色合成された画像をスクリーン２１３に拡大して投射する。

図２は、インテグレータ６７を入射方向から見た図である。図に示すようにインテグレータ６７のレンズセル６３（７３）の横サイズ６７１、縦サイズ６７２は、光合成部４の有効領域４０１と同一もしくは少し大きくすればよいため、レンズセル６３（７３）の横サイズ６７１、縦サイズ６７２を同一にすることができる。従って、集光レンズ９を小さくでき、以降の光学部品等も小型化を図ることができ、投射型表示装置の小型化に有利である。

次に実施例２について説明する。図３は実施例２を示す光源ユニット５の概略図である。実施例２は、第１のレンズアレイ６以降は、実施例１と同じであるため省略する。

図３において、３Ａは第１のランプ部であり、光源１Ａ、楕円面形状のリフレクタ２Ａから形成され、光源１Ａはリフレクタ２Ａの第１の焦点位置に配置されている。３Ｂは第２のランプ部であり、同様に光源１Ｂ、楕円面形状のリフレクタ２Ｂから形成され、光源１Ｂはリフレクタ２Ｂの第１の焦点位置に配置されている。３Ｃは第３のランプ部であり、光源１Ｃ、放物面形状のリフレクタ２Ｃから形成され、光源１Ｃはリフレクタ２Ｃの焦点位置に配置されている。なお、実施例１と同様に、分かりやすいように、光源は点、リフレクタは反射面のみを記している。

図に示すように、リフレクタ２Ａ、２Ｂの第２の焦点と光源１Ｃの位置を一致させ、かつリフレクタ２Ｃの光軸を第１のレンズアレイ６に垂直になるように配置している。ランプ部３Ａ，３Ｂを出射した光は光源１Ｃの位置で集光した後、リフレクタ２Ｃにより反射し平行光となり第１のレンズアレイ６に入射する。また、光源１Ｃからの光もリフレクタ２Ｃにより平行光となって第１のレンズアレイ６に入射する。すなわち、リフレクタ２Ｃは上記実施例１の光合成部４Ｃと同じ作用をし、かつ光源１Ｃからの光を平行光として出射させるリフレクタの作用を兼ねたものである。

以上述べたように、実施例２では、実施例１に比べ、容易に１個の光源を追加することが可能であり、更なる高輝度化に有利であるとともに、実施例１と同様に、集光レンズ９を小さくでき、以降の光学部品も小型化を図ることができ、投射型表示装置の小型化に有利である。

次に実施例３について説明する。図４は、実施例３を示す光源ユニット５の概略図である。実施例３は、第１のレンズアレイ６以降は、実施例１と同じであるため省略する。

３Ａは第１のランプ部であり、光源１Ａ、楕円面形状のリフレクタ２Ａから形成され、光源１Ａはリフレクタ２Ａの第１の焦点位置に配置されている。３Ｂは第２のランプ部であり、同様に光源１Ｂ、楕円面形状のリフレクタ２Ｂから形成され、光源１Ｂはリフレクタ２Ｂの第１の焦点位置に配置されている。なお、実施例1と同様に、分かり易いように、光源は点、リフレクタは反射面のみを記している。４３は楕円面形状の反射面４３Ｃをもつ光合成部であり、反射面４３Ｃの第１の焦点をＰ２とする。４４は凹レンズである。

光源１Ａ、１Ｂを出射した光は、それぞれリフレクタ２Ａ、２Ｂで反射され、光合成部４３に入射する。このとき、各リフレクタ２Ａ，２Ｂの第２の焦点Ｐ２と光合成部４３の反射面４３Ｃの第１の焦点位置Ｐ２が一致するようにランプ部３Ａ，３Ｂを配置している。この様に配置することにより、楕円面形状のリフレクタ２Ａ，２Ｂの第１の焦点位置にある光源１Ａ，１Ｂから出射した光は、該楕円面形状のリフレクタ２Ａ，２Ｂで反射され、それぞれリフレクタ２Ａ，２Ｂの第２の焦点Ｐにて集光した後、光合成部４３の反射面４３Ｃに入射する。その後、光合成部４３の反射面４３Ｃで反射した光は、反射面４３Ｃの第２の焦点（図示せず）に向かって集光し、凹レンズ４４により平行光とされ、第１のレンズアレイ６に入射する。

以上述べた実施例３では、実施例１と同様に、第１のランプ部と第２のランプ部から出射された光を合成して第１のレンズアレイ６に入射させることができ、さらに光合成部４３を出射した光は、第１のレンズアレイ方向に向かって集光していくため、ランプ部３Ａ、３Ｂの配置位置の自由度が増えるという利点がある。

次に、実施例４について説明する。図５は、実施例４を示す光源ユニット５の概略図である。実施例４は、第１のレンズアレイ６以降は、実施例１と同じであるため省略する。

３Ａは第１のランプ部であり、光源１Ａ、楕円面形状のリフレクタ２Ａから形成され、光源１Ａはリフレクタ２Ａの第１の焦点位置に配置されている。３Ｂは第２のランプ部であり、同様に光源１Ｂ、楕円面形状のリフレクタ２Ｂから形成され、光源１Ｂはリフレクタ２Ｂの第１の焦点位置に配置されている。なお、実施例１と同様に、分かりやすいように光源は点、リフレクタは反射面のみを記している。４は放物面形状の反射面４Ｃをもつ光合成部、４５，４６は全反射ミラー、６は第１のレンズアレイである。

ランプ部３Ａ，３Ｂから出射した光は、全反射ミラー４５，４６で反射され、光合成部４に入射する。

光合成部４に入射した光は光合成部４の反射面４Ｃによって平行光とされ、第１のレンズアレイ６に入射する。以降は、実施例１と同様である。

以上述べた実施例４では、実施例１と同様に、投射型表示装置を小型化することができるとともに、ランプ部３Ａ，３Ｂの配置位置の自由度が増加するため、図に示すようにランプ部３Ａ，３Ｂと光合成部４の光軸を平行にし、ランプ部３Ａ，３Ｂおよび光合成部４を保持する部材（図示せず）の設計が容易となる利点がある。

次に実施例５について説明する。図６は実施例５を示す光源ユニット５の概略図である。実施例５は、第１のレンズアレイ６以降は、実施例１と同じであるため省略する。

図６において、３Ａは第１のランプ部であり、光源１Ａ、放物面形状のリフレクタ２１Ａ、リフレクタ２１Ａで反射された光をリフレクタ２１Ａの第２の焦点に集光する集光レンズ２０Ａから形成され、光源１Ａはリフレクタ２１Ａの第１の焦点位置に配置されている。同様に、３Ｂは第２のランプ部であり、光源１Ｂ、放物面形状のリフレクタ２１Ｂ、リフレクタ２１Ｂで反射された光をリフレクタ２１Ｂの第２の焦点に集光する集光レンズ２０Ｂから形成され、光源１Ｂはリフレクタ２１Ｂの第１の焦点位置に配置されている。４３は放物面形状の反射面４３Ｃをもつ光合成部であり、反射面４３Ｃの焦点をＰ２とする。なお、実施例１と同様に、分かりやすいように、光源は点、リフレクタは反射面のみを記している。

光源１Ａ，１Ｂを出射した光は、それぞれリフレクタ２１Ａ，２１Ｂで反射され、光合成部４３に入射する。このとき、各リフレクタ２１Ａ，２１Ｂで反射された光がＰ２で集光するように、集光レンズ２０Ａ，２０Ｂが配置されている。この様に配置することにより、放物面形状のリフレクタ２１Ａ，２１Ｂの焦点位置にある光源１Ａ，１Ｂから出射した光は、放物面形状のリフレクタ２１Ａ，２１Ｂで反射して、それぞれリフレクタ２１Ａ，２１Ｂの焦点Ｐにて集光した後、光合成部４３の反射面４３Ｃに入射する。その後、光合成部４３の反射面４３Ｃで反射した光は、平行光とされ、第１のレンズアレイ６に入射する。

以上述べた実施例５では、実施例１と同様に、第１のランプ部と第２のランプ部から出射された光を合成して第１のレンズアレイ６に入射させるため、投射型表示装置を小型化することができる。

また、実施例３と同様に、光合成部４３を楕円面形状とした場合は、楕円面形状の第１の焦点にＰ２を配置し、凹レンズ４４を配置し、第１のレンズアレイ６に光を入射させることにより、実施例３と同様の効果を得ることが可能となる。また、Ｐ２に光源を配置した場合には、実施例２と同様に、更なる高輝度化に有利であることは言うまでもない。

なお、実施例１から５においては、ランプユニットを形成するランプ部が２個の場合で説明したが、３個以上でも、全ランプ部のリフレクタの第２の焦点位置を光合成部の焦点位置と一致させるように配置すれば、第１のレンズアレイ以降の光学系を変更することなく、ランプ部の数に応じて輝度を上げることができる。また、実施例１から５においては、３枚の透過型の映像表示素子を使用した場合について説明したが、１枚の透過型の映像表示素子、又は、反射型の映像表示素子を使用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、実施例１から５の投射型表示装置は、光路折り返しミラーで、折り返されたあと、スクリーンの背面から映像を投射する背面投射型表示装置においても適用可能であることは言うまでもない。

実施例１の投射型表示装置の概略図。図１のインテグレータを入射面から見た図。実施例２の光源ユニットを示す概略図。実施例３の光源ユニットを示す概略図。実施例４の光源ユニットを示す概略図。実施例５の光源ユニットを示す概略図。

符号の説明

１光源、２リフレクタ、３ランプ部、４光合成部、５光源ユニット、６第１のレンズアレイ、７第２のレンズアレイ、８偏光変換素子、９集光レンズ、１０コンデンサレンズ、１１映像表示素子、２０集光レンズ、２１リフレクタ、６７レンズアレイ群、２０１第１のダイクロイックミラー、２０２第２のダイクロイックミラー、２０３全反射ミラー、２０４全反射ミラー、２０５全反射ミラー、２０６第１リレーレンズ、２０７第２リレーレンズ、２０８第３リレーレンズ、２０９入射側偏光板、２１０出射側偏光板、２１１ダイクロイックプリズム、２１２投射レンズ。

Claims

楕円面形状のリフレクタと、前記楕円面形状のリフレクタの第１の焦点上に配置された光源とで形成された複数個のランプ部と、
放物面形状のリフレクタで形成され、前記複数個のランプ部からの光を合成する光合成部あって、前記楕円面形状のリフレクタの第２の焦点と前記放物面形状のリフレクタの焦点とが一致する位置に配置された光合成部と、
前記光合成部からの光の照度を均一化するインテグレータと、
前記インテグレータからの光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光を光学像に応じた映像信号に変調する映像表示素子と、
前記映像表示素子からの光を投射する投射レンズとを有することを特徴とする投射型表示装置。
楕円面形状のリフレクタと、前記楕円面形状のリフレクタの第１の焦点上に配置された光源とで形成された複数個のランプ部と、
楕円面形状のリフレクタで形成され、前記複数個のランプ部からの光を合成する光合成部であって、前記ランプ部の楕円面形状のリフレクタの第２の焦点と前記楕円面形状のリフレクタの焦点とが一致する位置に配置された光合成部と、
前記光合成部からの光を平行化する凹レンズと、
前記凹レンズからの光の照度を均一化するインテグレータと、
前記インテグレータからの光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光を光学像に応じた映像信号に変調する映像表示素子と、
前記映像表示素子からの光を投射する投射レンズとを有することを特徴とする投射型表示装置。
放物面形状のリフレクタと、前記放物面形状のリフレクタの焦点上に配置された光源と、前記放物面形状のリフレクタで反射した光を集光する集光レンズとで形成された複数個のランプ部と、
放物面形状のリフレクタで形成され、前記複数個のランプ部からの光を合成する光合成部であって、前記複数個のランプ部からの光が前記集光する位置と前記放物面形状のリフレクタの焦点とが一致する位置に配置された光合成部と、
前記光合成部からの光の照度を均一化するインテグレータと、
前記インテグレータからの光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光を光学像に応じた映像信号に変調する映像表示素子と、
前記映像表示素子からの光を投射する投射レンズとを有することを特徴とする投射型表示装置。
放物面形状のリフレクタと、前記放物面形状のリフレクタの焦点上に配置された光源と、前記放物面形状のリフレクタで反射した光を集光する集光レンズとで形成された複数個のランプ部と、
楕円面形状のリフレクタで形成され、前記複数個のランプ部からの光を合成する光合成部であって、前記複数個のランプ部からの光が前記集光する位置と前記楕円面形状のリフレクタの第１の焦点とが一致する位置に配置された光合成部と、
前記光合成部からの光を平行化する凹レンズと、
前記凹レンズからの光の照度を均一化するインテグレータと、
前記インテグレータからの光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光を光学像に応じた映像信号に変調する映像表示素子と、
前記映像表示素子からの光を投射する投射レンズとを有することを特徴とする投射型表示装置。
請求項１から４の何れかに記載の投射型表示装置であって、
前記光合成部の焦点位置に光源を配置したことを特徴とする投射型表示装置。
請求項１から５の何れかに記載の投射型表示装置であって、
前記インテグレータは、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとで形成されることを特徴とする投射型表示装置。
請求項１から５の何れかに記載の投射型表示装置であって、
前記インテグレータは、ライトパイプであることを特徴とする投射型表示装置。
請求項１から７の何れかに記載の投射型表示装置であって、
前記複数個のランプ部は、第１のランプ部と第２のランプ部とで形成され、
前記第１のランプ部と前記第２のランプ部とは、前記光合成部の光軸に対して対称に配置されることを特徴とする投射型表示装置。
請求項１から８の何れかに記載の投射型表示装置であって、
前記複数個のランプ部と光合成部との間に反射ミラーを配置したことを特徴とする投射型表示装置。
請求項１から９の何れかに記載の投射型表示装置と、
前記投射型表示装置からの光の光路を折り返す折り返しミラーと、
前記折り返しミラーからの光を表示するスクリーンとを有する背面投射型表示装置。