JP3228626B2 - 投射型表示装置 - Google Patents
投射型表示装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は投射型表示装置に関す
る。
る。
【0002】
【従来の技術】投射型表示装置は、例えば液晶表示パネ
ルなどをライトバルブとして用いて、このライトバルブ
に光源から供給される光源光の透過を制御させ、このラ
イトバルブを透過した光を投射レンズ系で外部のスクリ
ーン等に投射して画像を表示する装置である。
ルなどをライトバルブとして用いて、このライトバルブ
に光源から供給される光源光の透過を制御させ、このラ
イトバルブを透過した光を投射レンズ系で外部のスクリ
ーン等に投射して画像を表示する装置である。
【0003】このような投射型表示装置は一般に、比較
的小型の表示装置で大画面の表示が可能であることか
ら、大画面ディスプレイ等に好適な技術として一般に知
られている。これに用いられるライトバルブとしては、
近年、液晶表示パネルを用いることが盛んになってきて
いる。そのような投射型液晶表示装置(液晶プロジェク
タ)の一例を以下に示す。
的小型の表示装置で大画面の表示が可能であることか
ら、大画面ディスプレイ等に好適な技術として一般に知
られている。これに用いられるライトバルブとしては、
近年、液晶表示パネルを用いることが盛んになってきて
いる。そのような投射型液晶表示装置(液晶プロジェク
タ)の一例を以下に示す。
【0004】液晶プロジェクタは、RGB三原色にそれ
ぞれ対応した画像の成分を表示する合計 3枚の液晶表示
パネルを用いている。これらの液晶表示パネルに光源か
らの白色照明光がダイクロイックミラー等の光路分割系
によって色分離されてそれぞれ入射し、各々の色成分ご
との液晶表示パネルを透過した光を再び合成系のダイク
ロイックミラーで合成して、投射レンズ系を介して外部
のスクリーン上に一つの自然な色調を有する画像として
拡大投射する。
ぞれ対応した画像の成分を表示する合計 3枚の液晶表示
パネルを用いている。これらの液晶表示パネルに光源か
らの白色照明光がダイクロイックミラー等の光路分割系
によって色分離されてそれぞれ入射し、各々の色成分ご
との液晶表示パネルを透過した光を再び合成系のダイク
ロイックミラーで合成して、投射レンズ系を介して外部
のスクリーン上に一つの自然な色調を有する画像として
拡大投射する。
【0005】あるいは、上記の液晶表示パネルを 3枚使
用する代りに、RGB三色の画素を1枚のパネル内に作
り込まれたカラーフィルタを用いた 1枚の液晶表示パネ
ルを使用して、上記と同様の自然な色成分を有する画像
を表示する方法も知られている。
用する代りに、RGB三色の画素を1枚のパネル内に作
り込まれたカラーフィルタを用いた 1枚の液晶表示パネ
ルを使用して、上記と同様の自然な色成分を有する画像
を表示する方法も知られている。
【0006】このような投射型表示装置に用いられる光
源としては、白色光で演色性に優れたメタルハライドラ
ンプ、もしくはキセノンランプ等が用いられる。そして
このような光源の後方には、一般に回転放物面鏡が備え
付けられており、その回転放物面鏡の焦点近傍に光源が
配置されることで、光源から出射された光は回転放物面
鏡の表面で反射されて概ね平行な光として前方に出射さ
れる。そしてこのような照明光から赤外成分や紫外成分
を取り除くために、一般にはコールドミラーやUV/I
Rカットフィルタを介して液晶表示パネルへと照明光を
入射させている。 投射型表示装置において、明るくか
つコントラストの良好な投射画像を得るとともに光源の
消費電力を抑えるためには、光源から出射した光を効率
よく液晶表示パネルなどのライトバルブに供給する必要
がある。特に液晶プロジェクタの場合、液晶表示パネル
の視角特性の影響により生じるコントラストの不均一性
や、それに伴った表示画像の階調の面内不均一性等の問
題を避けるため、投射レンズ系に例えばテレセントリッ
クレンズを使用することが必要であり、そのためには光
源から供給される照明光は平行光でなくてはならないこ
とになる。
源としては、白色光で演色性に優れたメタルハライドラ
ンプ、もしくはキセノンランプ等が用いられる。そして
このような光源の後方には、一般に回転放物面鏡が備え
付けられており、その回転放物面鏡の焦点近傍に光源が
配置されることで、光源から出射された光は回転放物面
鏡の表面で反射されて概ね平行な光として前方に出射さ
れる。そしてこのような照明光から赤外成分や紫外成分
を取り除くために、一般にはコールドミラーやUV/I
Rカットフィルタを介して液晶表示パネルへと照明光を
入射させている。 投射型表示装置において、明るくか
つコントラストの良好な投射画像を得るとともに光源の
消費電力を抑えるためには、光源から出射した光を効率
よく液晶表示パネルなどのライトバルブに供給する必要
がある。特に液晶プロジェクタの場合、液晶表示パネル
の視角特性の影響により生じるコントラストの不均一性
や、それに伴った表示画像の階調の面内不均一性等の問
題を避けるため、投射レンズ系に例えばテレセントリッ
クレンズを使用することが必要であり、そのためには光
源から供給される照明光は平行光でなくてはならないこ
とになる。
【0007】一方、明るい投射画像を得るためには、光
源の光の強度が強いことが要求されるが、これに好適な
光源としてはメタルハライドランプを用いることが好ま
しいことが知られている。
源の光の強度が強いことが要求されるが、これに好適な
光源としてはメタルハライドランプを用いることが好ま
しいことが知られている。
【0008】しかしながら、このようなメタルハライド
ランプ701の発光強度分布702はアーク703の長
手方向に対して直角方向に最大となるため(図7)、従
来の投射型表示装置における光源には図8に示すように
アークの長手方向を照明光の主出射方向と一致させてア
ーク光源801から供給される光が一旦アーク光源80
1近傍に焦点を持つ回転放物面状の反射鏡802で反射
されて前方に平行光として出射され、その前方の液晶表
示パネル803に供給されるような構造を採用してい
る。
ランプ701の発光強度分布702はアーク703の長
手方向に対して直角方向に最大となるため(図7)、従
来の投射型表示装置における光源には図8に示すように
アークの長手方向を照明光の主出射方向と一致させてア
ーク光源801から供給される光が一旦アーク光源80
1近傍に焦点を持つ回転放物面状の反射鏡802で反射
されて前方に平行光として出射され、その前方の液晶表
示パネル803に供給されるような構造を採用してい
る。
【0009】しかしながら、このような従来の方式で
は、光軸804上に光源801の非発光部が存在するこ
とになるため、その部分の照明光の影による暗部805
が生じて暗い映像として外部のスクリーンに表示される
ことになる。つまり図8に示すように、暗部805の部
分はアーク光源801の非発光部に遮られて十分な照明
が行なわれないわけである。
は、光軸804上に光源801の非発光部が存在するこ
とになるため、その部分の照明光の影による暗部805
が生じて暗い映像として外部のスクリーンに表示される
ことになる。つまり図8に示すように、暗部805の部
分はアーク光源801の非発光部に遮られて十分な照明
が行なわれないわけである。
【0010】このような問題を解決するために従来の技
術においては、図9に示すように、アーク光源801の
発光部901と回転放物面状の反射鏡802の焦点90
2とを前後方向にずらして配置する方法や、図10に示
すようにアフォーカル光学系1001a、1001bに
より平行光のまま照明領域を縮小して、暗部805の面
積をリダクションさせて暗く見える面積を小さくすると
いう方法も提案されている。
術においては、図9に示すように、アーク光源801の
発光部901と回転放物面状の反射鏡802の焦点90
2とを前後方向にずらして配置する方法や、図10に示
すようにアフォーカル光学系1001a、1001bに
より平行光のまま照明領域を縮小して、暗部805の面
積をリダクションさせて暗く見える面積を小さくすると
いう方法も提案されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図9に
示す従来技術の場合には、回転放物面反射鏡802を用
いたにもかかわらず、照明光として用いられる光は平行
光ではなくなるので、照明光は液晶表示パネル803に
入射しこれを透過して画像表示に用いられる際には液晶
表示パネル803の視角特性の影響を大きく受けること
になり、また液晶表示パネル803を透過した光は広が
ることになるので、同じ明るさの投射画像を得るために
は平行光の場合よりもF値の小さな大口径の投射レンズ
が必要となり、コストの増加や装置としての小型化の妨
げとなるという問題を生じる。
示す従来技術の場合には、回転放物面反射鏡802を用
いたにもかかわらず、照明光として用いられる光は平行
光ではなくなるので、照明光は液晶表示パネル803に
入射しこれを透過して画像表示に用いられる際には液晶
表示パネル803の視角特性の影響を大きく受けること
になり、また液晶表示パネル803を透過した光は広が
ることになるので、同じ明るさの投射画像を得るために
は平行光の場合よりもF値の小さな大口径の投射レンズ
が必要となり、コストの増加や装置としての小型化の妨
げとなるという問題を生じる。
【0012】一方、図10に示す従来の技術の場合で
は、アフォーカル光学系1001を構成するレンズ10
01a、1001bなど光学系が増加するので、材料コ
スト及び製造コストや、装置としての重量及びサイズの
増加を招き、また所望する照明領域よりあらかじめ照明
面積を広げておくなどの必要があるため、より大きな反
射鏡が必要となって、表示装置としての小型化の妨げに
なるという問題があった。 本発明はこのような問題を
解決するためになされたもので、その目的は、投射画像
の画面内均一性が良好で、かつ照明光の利用効率が高
く、明るい表示を実現することのできる投射型表示装置
を提供することにある。
は、アフォーカル光学系1001を構成するレンズ10
01a、1001bなど光学系が増加するので、材料コ
スト及び製造コストや、装置としての重量及びサイズの
増加を招き、また所望する照明領域よりあらかじめ照明
面積を広げておくなどの必要があるため、より大きな反
射鏡が必要となって、表示装置としての小型化の妨げに
なるという問題があった。 本発明はこのような問題を
解決するためになされたもので、その目的は、投射画像
の画面内均一性が良好で、かつ照明光の利用効率が高
く、明るい表示を実現することのできる投射型表示装置
を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の投射型表示装置
は、光源と、前記光源の発光部に第1の焦点を有する第
1の反射面と、該第1の反射面の第1の焦点とは異なる
位置に第2の焦点を有する第2の反射面と、前記第2の
焦点部分(焦点から3 mm以内の領域も含む)に配置さ
れて前記光源から出射され前記第1の反射面で反射し更
に前記第2の反射面で反射された光を表面で反射してほ
ぼ平行な光として出射する第3の反射面とを備えた反射
光学系と、前記反射光学系から出射される光の透過を各
画素ごとに制御するライトバルブパネルと、前記ライト
バルブパネルを透過あるいは反射した光を拡大あるいは
縮小して外部のスクリーンに投射する投射レンズ系とを
具備することを特徴としている。
は、光源と、前記光源の発光部に第1の焦点を有する第
1の反射面と、該第1の反射面の第1の焦点とは異なる
位置に第2の焦点を有する第2の反射面と、前記第2の
焦点部分(焦点から3 mm以内の領域も含む)に配置さ
れて前記光源から出射され前記第1の反射面で反射し更
に前記第2の反射面で反射された光を表面で反射してほ
ぼ平行な光として出射する第3の反射面とを備えた反射
光学系と、前記反射光学系から出射される光の透過を各
画素ごとに制御するライトバルブパネルと、前記ライト
バルブパネルを透過あるいは反射した光を拡大あるいは
縮小して外部のスクリーンに投射する投射レンズ系とを
具備することを特徴としている。
【0014】なお、第1及び第2の反射面が回転楕円体
状である場合、第1の反射面と第2の反射面との焦点パ
ラメータは等しく設定することが望ましく、またその離
心率は第1の反射面の値に比べて等しくあるいは大きく
設定することが望ましい。
状である場合、第1の反射面と第2の反射面との焦点パ
ラメータは等しく設定することが望ましく、またその離
心率は第1の反射面の値に比べて等しくあるいは大きく
設定することが望ましい。
【0015】また、第3の反射面の形状は回転放物面も
しくは円錐もしくはその他任意の回転曲面状に形成する
ことが望ましい。
しくは円錐もしくはその他任意の回転曲面状に形成する
ことが望ましい。
【0016】第1および第2の反射面との兼合いから考
えれば、それらの反射面が回転放物面で形成されている
場合、第3の反射面も回転放物面に形成することが望ま
しいことは言うまでもない。しかしこれ以外にも近似的
には前述の円錐状などに形成してもよい。
えれば、それらの反射面が回転放物面で形成されている
場合、第3の反射面も回転放物面に形成することが望ま
しいことは言うまでもない。しかしこれ以外にも近似的
には前述の円錐状などに形成してもよい。
【0017】また、上述の第1の反射面および第2の反
射面は連続した面となるように一体に形成してもよく、
あるいは別体の 2個の反射鏡を組み合わせて形成しても
よいことは言うまでもない。一体に形成する場合にはそ
の形状として例えば回転楕円体状に形成し、その第1の
焦点側には光源を配置し第2の焦点側には第3の反射面
を配置して、第3の反射面で反射した光を第2の反射面
に穿設した開口から出射させるようにすることなども考
えられる。
射面は連続した面となるように一体に形成してもよく、
あるいは別体の 2個の反射鏡を組み合わせて形成しても
よいことは言うまでもない。一体に形成する場合にはそ
の形状として例えば回転楕円体状に形成し、その第1の
焦点側には光源を配置し第2の焦点側には第3の反射面
を配置して、第3の反射面で反射した光を第2の反射面
に穿設した開口から出射させるようにすることなども考
えられる。
【0018】
【作用】本発明に係る投射型表示装置においては、従来
の投射型表示装置で光源の非発光部の影ができていた領
域に第3の反射面を配置し、この第3の反射面に光が供
給されるように第1、第2の反射面を配置して、結果的
に従来の影ができていた領域には第3の反射面表面で反
射した光を充当することによって、この部分の光の不足
を補うことができる。その結果、従来では影の生じてい
た領域を解消して、全画面にわたって均一に明るい投射
画像を得ることができる。
の投射型表示装置で光源の非発光部の影ができていた領
域に第3の反射面を配置し、この第3の反射面に光が供
給されるように第1、第2の反射面を配置して、結果的
に従来の影ができていた領域には第3の反射面表面で反
射した光を充当することによって、この部分の光の不足
を補うことができる。その結果、従来では影の生じてい
た領域を解消して、全画面にわたって均一に明るい投射
画像を得ることができる。
【0019】また、従来の発明においては、光源から出
射された光は100 %は必ずしも用いられることなく、損
失分も存在していたが、本発明によれば光源から出射さ
れた光ほぼ100 %を有効にライトバルブへと導くことが
できるので、光源の出射光の利用効率を高めることがで
き、また光源の低消費電力化を実現することができる。
しかも、ライトバルブへと供給する照明光はほぼ平行光
に近い理想的な照明光として出射することができるた
め、例えばライトバルブに液晶表示パネルを用いる場合
など、その液晶表示パネルの視角特性に起因した投射画
像の不均一性を解消あるいは低減することができ、その
結果、画面内均一性の極めて高い画像表示を実現するこ
とができる。
射された光は100 %は必ずしも用いられることなく、損
失分も存在していたが、本発明によれば光源から出射さ
れた光ほぼ100 %を有効にライトバルブへと導くことが
できるので、光源の出射光の利用効率を高めることがで
き、また光源の低消費電力化を実現することができる。
しかも、ライトバルブへと供給する照明光はほぼ平行光
に近い理想的な照明光として出射することができるた
め、例えばライトバルブに液晶表示パネルを用いる場合
など、その液晶表示パネルの視角特性に起因した投射画
像の不均一性を解消あるいは低減することができ、その
結果、画面内均一性の極めて高い画像表示を実現するこ
とができる。
【0020】また、本発明に係る投射型表示装置は、従
来の投射型表示装置の反射光学系の部分だけを変更すれ
ばよいので、例えばアフォーカル光学系を用いた影の部
分の解決策等と比較して、極めて簡易に従来の液晶表示
装置に組み込んでその画面内の明るさの均一性を向上す
ることができる。
来の投射型表示装置の反射光学系の部分だけを変更すれ
ばよいので、例えばアフォーカル光学系を用いた影の部
分の解決策等と比較して、極めて簡易に従来の液晶表示
装置に組み込んでその画面内の明るさの均一性を向上す
ることができる。
【0021】
【実施例】以下、本発明に係る投射型表示装置の実施例
を、図面に基づいて詳細に説明する。
を、図面に基づいて詳細に説明する。
【0022】(実施例1)図1は本発明に係る第1の実
施例の投射型表示装置の構造の概要を示す図である。こ
の図1においては、特に本発明に係る投射型表示装置の
特徴的な部分である光源と反射光学系の部分を中心に示
している。なお以降の説明では、説明の簡潔化のため
に、主に光源と反射光学系とを中心として説明を行な
う。
施例の投射型表示装置の構造の概要を示す図である。こ
の図1においては、特に本発明に係る投射型表示装置の
特徴的な部分である光源と反射光学系の部分を中心に示
している。なお以降の説明では、説明の簡潔化のため
に、主に光源と反射光学系とを中心として説明を行な
う。
【0023】この第1の実施例の投射型表示装置の光源
部分は、第1の反射面1と、第2の反射面2と、第3の
反射面3と、光源4とからその主要部が形成されてい
る。
部分は、第1の反射面1と、第2の反射面2と、第3の
反射面3と、光源4とからその主要部が形成されてい
る。
【0024】回転放物面の形状に形成された第1の反射
面1の中央に穴をあけ、この部分に光源4の管状のアー
ク電極部分を通し、光源4の発光部が第1の反射面1の
焦点5に位置するように配置されている。光源4から出
射された光は第1の反射面1の表面で反射され図中右方
向へとほぼ平行光として出射される。
面1の中央に穴をあけ、この部分に光源4の管状のアー
ク電極部分を通し、光源4の発光部が第1の反射面1の
焦点5に位置するように配置されている。光源4から出
射された光は第1の反射面1の表面で反射され図中右方
向へとほぼ平行光として出射される。
【0025】第2の反射面2は、回転楕円体の両端を切
り取った筒状の反射面で形成されており、その 2つの焦
点のうち一方の焦点が光源4の位置すなわち第1の反射
面1の焦点位置5に一致するとともに、もう一方の焦点
6には第3の反射面3の焦点がほぼ合致するように配置
されている。第2の反射面2で反射された光源4からの
照明光は第3の反射面3の表面に照射され、さらにこの
第3の反射面3の表面で反射してほぼ平行光として前記
の第1の反射面1同様に図中右方向へと平行光として出
射される。
り取った筒状の反射面で形成されており、その 2つの焦
点のうち一方の焦点が光源4の位置すなわち第1の反射
面1の焦点位置5に一致するとともに、もう一方の焦点
6には第3の反射面3の焦点がほぼ合致するように配置
されている。第2の反射面2で反射された光源4からの
照明光は第3の反射面3の表面に照射され、さらにこの
第3の反射面3の表面で反射してほぼ平行光として前記
の第1の反射面1同様に図中右方向へと平行光として出
射される。
【0026】ここで、第1の反射面1と第2の反射面2
とはその重なり部分で接合されている。また第3の反射
面3は焦点6に焦点が位置するように配置された回転放
物面の形状に形成されており、その最大径は光源4の非
発光部の直径をほぼ覆う大きさに形成されており、図中
光源4の右端部に耐熱性絶縁性接着剤で固定されてい
る。
とはその重なり部分で接合されている。また第3の反射
面3は焦点6に焦点が位置するように配置された回転放
物面の形状に形成されており、その最大径は光源4の非
発光部の直径をほぼ覆う大きさに形成されており、図中
光源4の右端部に耐熱性絶縁性接着剤で固定されてい
る。
【0027】焦点位置5に存在する光源4の発光部から
出射された光のうち、第1の反射面1の表面で反射され
た光は平行光となり前述したように平行な照明光として
出射されて、この反射光学系外部に配置された液晶表示
パネル7に供給される。
出射された光のうち、第1の反射面1の表面で反射され
た光は平行光となり前述したように平行な照明光として
出射されて、この反射光学系外部に配置された液晶表示
パネル7に供給される。
【0028】一方、第2の反射面2の表面へと向かった
光源光は第2の反射面2の表面で反射されるが、このと
き第2の反射面2は回転楕円体なのでこの回転楕円面で
反射された光はもう一方の焦点位置6に向かって出射さ
れる。こうして焦点位置6に向かって反射された光はさ
らにその焦点位置6に回転放物面の焦点が位置している
第3の反射面3の表面で反射されて、ほぼ平行な照明光
として外部の液晶表示パネル7へと出射される。こうし
て、光源4の発光部から出射された光は、ほぼ全方向に
わたっての光が反射光学系第1の反射面1、第2の反射
面2、第3の反射面3によって有効に図中右側へと出射
されて平行な光として用いられ、液晶表示パネル7へと
供給される。このとき、従来では光源4の非発光部によ
ってその部分の照明光には影の領域が存在していたもの
が、第3の反射面3の表面で反射した光がこれを補うよ
うな形となって、液晶表示パネル7へと供給される照明
光は画面のほぼ全領域にわたって均一に明るい照明光と
なる。その結果、液晶表示パネル7外部に配置された投
射レンズ系を介してさらに装置外部のスクリーン上に写
し出される画像は、輝度およびコントラスト特性の極め
て優れた高画質の表示となる。
光源光は第2の反射面2の表面で反射されるが、このと
き第2の反射面2は回転楕円体なのでこの回転楕円面で
反射された光はもう一方の焦点位置6に向かって出射さ
れる。こうして焦点位置6に向かって反射された光はさ
らにその焦点位置6に回転放物面の焦点が位置している
第3の反射面3の表面で反射されて、ほぼ平行な照明光
として外部の液晶表示パネル7へと出射される。こうし
て、光源4の発光部から出射された光は、ほぼ全方向に
わたっての光が反射光学系第1の反射面1、第2の反射
面2、第3の反射面3によって有効に図中右側へと出射
されて平行な光として用いられ、液晶表示パネル7へと
供給される。このとき、従来では光源4の非発光部によ
ってその部分の照明光には影の領域が存在していたもの
が、第3の反射面3の表面で反射した光がこれを補うよ
うな形となって、液晶表示パネル7へと供給される照明
光は画面のほぼ全領域にわたって均一に明るい照明光と
なる。その結果、液晶表示パネル7外部に配置された投
射レンズ系を介してさらに装置外部のスクリーン上に写
し出される画像は、輝度およびコントラスト特性の極め
て優れた高画質の表示となる。
【0029】図2は、 3板式液晶プロジェクターに上述
の第1の実施例の光源および反射光学系を用いた場合の
投射型表示装置としての構造の概要を示す図である。
の第1の実施例の光源および反射光学系を用いた場合の
投射型表示装置としての構造の概要を示す図である。
【0030】光源4から出射された光源光は上述したよ
うな第1の反射面1、第2の反射面2、第3の反射面3
を備えた反射光学系201で反射されてほぼ平行な照明
光として出射される。この照明光は白色光としてコール
ドミラー202で反射された後、ダイクロイックミラー
203a、203bおよび203cをそれぞれ介してR
GB三原色に分離され、それぞれの色ごとに対応した液
晶表示パネル7a、7b、7cに各々供給される。そし
てその各液晶表示パネル7a、7b、7c、を各々透過
した光はさらにその先に配置された合成系のダイクロイ
ックミラー204a、204b、204cを介して合成
されて、投射レンズ系205へと導かれる。そして投射
レンズ系205によって拡大されてスクリーン206上
へと投射され、206上に画像が結像される。
うな第1の反射面1、第2の反射面2、第3の反射面3
を備えた反射光学系201で反射されてほぼ平行な照明
光として出射される。この照明光は白色光としてコール
ドミラー202で反射された後、ダイクロイックミラー
203a、203bおよび203cをそれぞれ介してR
GB三原色に分離され、それぞれの色ごとに対応した液
晶表示パネル7a、7b、7cに各々供給される。そし
てその各液晶表示パネル7a、7b、7c、を各々透過
した光はさらにその先に配置された合成系のダイクロイ
ックミラー204a、204b、204cを介して合成
されて、投射レンズ系205へと導かれる。そして投射
レンズ系205によって拡大されてスクリーン206上
へと投射され、206上に画像が結像される。
【0031】(実施例2)図3は、本発明に係る第2の
実施例の投射型表示装置における光源および反射光学系
の構造の概要を示す図である。なお、以下の説明におい
ては、説明の簡潔化のために、第1の実施例と同様の部
位には同じ符号を付して示す。
実施例の投射型表示装置における光源および反射光学系
の構造の概要を示す図である。なお、以下の説明におい
ては、説明の簡潔化のために、第1の実施例と同様の部
位には同じ符号を付して示す。
【0032】第1の反射面1、第2の反射面2、第3の
反射面3は、いずれも回転放物面の形状に形成されてい
る。そして第1の反射面1の焦点位置5には光源4の発
光部が位置するように第1の反射面1と光源4とが配置
されている。
反射面3は、いずれも回転放物面の形状に形成されてい
る。そして第1の反射面1の焦点位置5には光源4の発
光部が位置するように第1の反射面1と光源4とが配置
されている。
【0033】また、第2の反射面2、第3の反射面3の
焦点位置はいずれも第2の焦点位置6に重なって位置す
るように配置されている。
焦点位置はいずれも第2の焦点位置6に重なって位置す
るように配置されている。
【0034】また、それぞれの反射面の焦点距離の関係
は、焦点距離をそれぞれf1 、f2、f3 とすると、f
2 >f1 >>f3 となっている。そして第2の反射面2
の中央部には開口窓が穿設されており、この開口窓から
照明光が平行光として出射される。第2の反射面2の開
口部の大きさはこの第2の反射面2が用いられる投射型
表示装置の液晶表示パネルの表示面積と比較して十分に
小さな面積の円形に穿設されている。
は、焦点距離をそれぞれf1 、f2、f3 とすると、f
2 >f1 >>f3 となっている。そして第2の反射面2
の中央部には開口窓が穿設されており、この開口窓から
照明光が平行光として出射される。第2の反射面2の開
口部の大きさはこの第2の反射面2が用いられる投射型
表示装置の液晶表示パネルの表示面積と比較して十分に
小さな面積の円形に穿設されている。
【0035】光源4を出射した光源光は第1の反射面1
の表面で反射して平行光としてその前方に出射される
が、出射された光はさらにその前方に配置された第2の
反射面2の表面でさらに反射されて、第2の反射面2の
焦点位置6に向かって集中するように出射される。この
ように焦点位置6に向かって出射されてきた光はさらに
第3の反射面3の表面で反射されて、ほぼ平行なスポッ
ト状の照明光として第2の反射面2の開口部を通って外
部に配置された液晶表示パネル(図示省略)へと出射さ
れる。 このように、本実施例の投射型表示装置におい
ては、従来の技術では光源4の非発光部によって影がで
きていた光軸上に、平行度が高く、かつ光が集中されて
光強度の強い照明光を得ることができるのである。
の表面で反射して平行光としてその前方に出射される
が、出射された光はさらにその前方に配置された第2の
反射面2の表面でさらに反射されて、第2の反射面2の
焦点位置6に向かって集中するように出射される。この
ように焦点位置6に向かって出射されてきた光はさらに
第3の反射面3の表面で反射されて、ほぼ平行なスポッ
ト状の照明光として第2の反射面2の開口部を通って外
部に配置された液晶表示パネル(図示省略)へと出射さ
れる。 このように、本実施例の投射型表示装置におい
ては、従来の技術では光源4の非発光部によって影がで
きていた光軸上に、平行度が高く、かつ光が集中されて
光強度の強い照明光を得ることができるのである。
【0036】図4はこのような第2の実施例に係る反射
光学系および透過散乱型の液晶表示パネルを用いた投射
型表示装置の構造の概要を示す図である。この図4に示
す液晶プロジェクタの場合、液晶表示パネルの散乱状態
がノーマルブラック表示であるためには、散乱光をスク
リーンに投射しないようなシュリーレン光学系が好適に
用いられる。そしてコントラスト特性を高めるために
は、透過状態のホワイトモード表示において照明光が効
率よくピンホールを通過するように、点光源であること
が望ましいが、これをレンズを大口径化しないで実現す
るためには平行光に近い照明光を用いることが望まし
い。
光学系および透過散乱型の液晶表示パネルを用いた投射
型表示装置の構造の概要を示す図である。この図4に示
す液晶プロジェクタの場合、液晶表示パネルの散乱状態
がノーマルブラック表示であるためには、散乱光をスク
リーンに投射しないようなシュリーレン光学系が好適に
用いられる。そしてコントラスト特性を高めるために
は、透過状態のホワイトモード表示において照明光が効
率よくピンホールを通過するように、点光源であること
が望ましいが、これをレンズを大口径化しないで実現す
るためには平行光に近い照明光を用いることが望まし
い。
【0037】図4(a)は、そのようなシュリーレン光
学系および透過散乱型の液晶表示パネルを用いた液晶プ
ロジェクタの構造を示す図である。
学系および透過散乱型の液晶表示パネルを用いた液晶プ
ロジェクタの構造を示す図である。
【0038】光源系401を出射した光は、第1のレン
ズ402により液晶表示パネル403に対する照明光の
分布および入射角度を最適化されて液晶表示パネル40
3に入射し、この液晶表示パネル403を透過した後、
第2のレンズ404により絞り405のピンホールに向
かって再び収束され、投射レンズ系406を経て拡大さ
れて外部のスクリーン407上に画像が結像される。
ズ402により液晶表示パネル403に対する照明光の
分布および入射角度を最適化されて液晶表示パネル40
3に入射し、この液晶表示パネル403を透過した後、
第2のレンズ404により絞り405のピンホールに向
かって再び収束され、投射レンズ系406を経て拡大さ
れて外部のスクリーン407上に画像が結像される。
【0039】図4(b)は上記と同様のシュリーレン光
学系および透過散乱型液晶表示パネルを用いた液晶プロ
ジェクタで、この(b)の場合は反射型の光学系を用い
た場合を示している。なお図4(b)においては、説明
の煩雑さを避けるために液晶表示パネルの周辺部を通過
していく光は図示を省略した。
学系および透過散乱型液晶表示パネルを用いた液晶プロ
ジェクタで、この(b)の場合は反射型の光学系を用い
た場合を示している。なお図4(b)においては、説明
の煩雑さを避けるために液晶表示パネルの周辺部を通過
していく光は図示を省略した。
【0040】光源系401を出射した光は、第1のレン
ズ402および反射ミラー408aおよび第2のレンズ
410により液晶表示パネル403に対する照明光の分
布および入射角度を最適化されて液晶表示パネル403
に入射し、この液晶表示パネル403を反射した後、第
2のレンズ410により絞り405のピンホールに向か
って再び収束され、反射ミラー408bで反射され投射
レンズ系406を経て拡大されて外部のスクリーン40
7上に画像が結像される。
ズ402および反射ミラー408aおよび第2のレンズ
410により液晶表示パネル403に対する照明光の分
布および入射角度を最適化されて液晶表示パネル403
に入射し、この液晶表示パネル403を反射した後、第
2のレンズ410により絞り405のピンホールに向か
って再び収束され、反射ミラー408bで反射され投射
レンズ系406を経て拡大されて外部のスクリーン40
7上に画像が結像される。
【0041】この図4(b)に示す液晶プロジェクタの
場合、反射ミラー408aで反射された照明光は液晶表
示パネル403の法線方向からわずかに傾いた角度で入
射および反射するように光学系が設定されている。そし
て光源側の第1の反射ミラー408aと絞り405とは
光学的に共役な点に存在し、これらは光束の最も集光さ
れた部分に位置している。また光源系401からの迷光
を避けるため、光源系401の光軸と投射レンズ系40
6の光軸とは同一軸上には配置していない。
場合、反射ミラー408aで反射された照明光は液晶表
示パネル403の法線方向からわずかに傾いた角度で入
射および反射するように光学系が設定されている。そし
て光源側の第1の反射ミラー408aと絞り405とは
光学的に共役な点に存在し、これらは光束の最も集光さ
れた部分に位置している。また光源系401からの迷光
を避けるため、光源系401の光軸と投射レンズ系40
6の光軸とは同一軸上には配置していない。
【0042】このように、透過型、反射型いずれの場合
においても液晶プロジェクタの光源系として本実施例に
係る光源系401を有効に用いることができる。
においても液晶プロジェクタの光源系として本実施例に
係る光源系401を有効に用いることができる。
【0043】なお、上記の実施例では透過散乱型液晶パ
ネルを用いたが、ライトバルブパネル(表示パネル)と
してはこれのみには限定されない。ライトバルブパネル
としては、この他にも、シュリーレン光学系で白色光源
を用いる構造のすべての投射型表示装置に適用が可能で
ある。例えば投射レンズに入射する光の方向を制御する
ことによって黒白表示を行なうようなタイプのライトバ
ルブを用いることもできる。
ネルを用いたが、ライトバルブパネル(表示パネル)と
してはこれのみには限定されない。ライトバルブパネル
としては、この他にも、シュリーレン光学系で白色光源
を用いる構造のすべての投射型表示装置に適用が可能で
ある。例えば投射レンズに入射する光の方向を制御する
ことによって黒白表示を行なうようなタイプのライトバ
ルブを用いることもできる。
【0044】また、本実施例では第2の反射面2の開口
部の形状を円形としたが、液晶表示パネルの画面表示領
域と同程度の開口面積に穿設すれば、その形状としては
円形のみには限定しない。例えば液晶表示パネルの外形
と相似形の開口であっても、第1の反射面1を反射した
光が平行光のまま液晶表示パネルに入射するので、上記
実施例と同じ効果を得ることができる。
部の形状を円形としたが、液晶表示パネルの画面表示領
域と同程度の開口面積に穿設すれば、その形状としては
円形のみには限定しない。例えば液晶表示パネルの外形
と相似形の開口であっても、第1の反射面1を反射した
光が平行光のまま液晶表示パネルに入射するので、上記
実施例と同じ効果を得ることができる。
【0045】(実施例3)図5は本発明に係る第3の実
施例の透過型表示装置の光源系すなわち光源および反射
光学系の構造を示す図である。
施例の透過型表示装置の光源系すなわち光源および反射
光学系の構造を示す図である。
【0046】この投射型表示装置においては、第1の反
射面1と第2の反射面2とは同じ離心率および焦点パラ
メータを有しているため、図5にも明らかなように、回
転楕円体状(エッグシェル状)に形成されている。即
ち、反射光学系は第1の反射面1と第2の反射面2と
が、別体ではなく一体に、つまり一繋がりの曲面で形成
されいる。なお、この図5においても、説明の簡潔化の
ために、前述の第1および第2の実施例と同様の部位に
は同一の符号を付して示した。
射面1と第2の反射面2とは同じ離心率および焦点パラ
メータを有しているため、図5にも明らかなように、回
転楕円体状(エッグシェル状)に形成されている。即
ち、反射光学系は第1の反射面1と第2の反射面2と
が、別体ではなく一体に、つまり一繋がりの曲面で形成
されいる。なお、この図5においても、説明の簡潔化の
ために、前述の第1および第2の実施例と同様の部位に
は同一の符号を付して示した。
【0047】第一の焦点位置5に位置する光源4の発光
部から出射された光源光は、第1の反射面1または第2
の反射面2でまず反射され、第2の焦点位置6に向かっ
て集光される。この焦点位置6部分には、第3の反射面
3が配置されており、この第3の反射面3は円錐状の反
射鏡となっているので、この第3の反射面3の表面で光
が反射されて図5に示すように外部へと出射される。こ
のとき、第1の反射面1および第2の反射面2の面が回
転楕円体状でありかつ第3の反射面3の面が円錐状であ
るため、この第3の反射面3の表面で反射されて外部に
出射される光は一般に放射状にやや分散して出射される
ことになる。このとき放射の最大角度は第3の反射面3
の角度によって規定される。従って、この第3の反射面
3の形状を適宜に設定することによって放射する光の角
度を適切な値に制御することができる。このとき第1の
反射面1および第2の反射面2の曲率等も勘案して第3
の反射面3の円錐形状を設定すればよいことは言うまで
もない。このようにして、必ずしも厳密な平行光を必要
としない光学系の光源装置として好適な光出射方向分布
および照度分布を得ることができる。
部から出射された光源光は、第1の反射面1または第2
の反射面2でまず反射され、第2の焦点位置6に向かっ
て集光される。この焦点位置6部分には、第3の反射面
3が配置されており、この第3の反射面3は円錐状の反
射鏡となっているので、この第3の反射面3の表面で光
が反射されて図5に示すように外部へと出射される。こ
のとき、第1の反射面1および第2の反射面2の面が回
転楕円体状でありかつ第3の反射面3の面が円錐状であ
るため、この第3の反射面3の表面で反射されて外部に
出射される光は一般に放射状にやや分散して出射される
ことになる。このとき放射の最大角度は第3の反射面3
の角度によって規定される。従って、この第3の反射面
3の形状を適宜に設定することによって放射する光の角
度を適切な値に制御することができる。このとき第1の
反射面1および第2の反射面2の曲率等も勘案して第3
の反射面3の円錐形状を設定すればよいことは言うまで
もない。このようにして、必ずしも厳密な平行光を必要
としない光学系の光源装置として好適な光出射方向分布
および照度分布を得ることができる。
【0048】このような第3の実施例の場合、第1の反
射面1と第2の反射面2とはほぼ同一形状であるので、
製造が簡易となりコスト的にも低コスト化を図ることが
できるという利点がある。
射面1と第2の反射面2とはほぼ同一形状であるので、
製造が簡易となりコスト的にも低コスト化を図ることが
できるという利点がある。
【0049】なお、第3の反射面3の形状を円錐状以外
にも負の曲率を持たせるなどして色々な形状に変更する
ことで、照明光の出射方向や照度分布を制御することが
可能である。
にも負の曲率を持たせるなどして色々な形状に変更する
ことで、照明光の出射方向や照度分布を制御することが
可能である。
【0050】(実施例4)上記の実施例においては、光
源4を光源系の光出射方向の光軸に対してほぼ平行方向
にその長手方向がくるように配置したが、本発明はこれ
のみには限定されないことは言うまでもない。光源4か
ら出射される光の主方向に対して垂直方向にその長手方
向が交わるように光源4を配置してもよいことは言うま
でもない。このような構造の一例をこの第4の実施例と
して示す。この場合、図6にその構造の概要を示すよう
に、第3の反射面3は二つの異なる形状を有する反射面
で構成されている。
源4を光源系の光出射方向の光軸に対してほぼ平行方向
にその長手方向がくるように配置したが、本発明はこれ
のみには限定されないことは言うまでもない。光源4か
ら出射される光の主方向に対して垂直方向にその長手方
向が交わるように光源4を配置してもよいことは言うま
でもない。このような構造の一例をこの第4の実施例と
して示す。この場合、図6にその構造の概要を示すよう
に、第3の反射面3は二つの異なる形状を有する反射面
で構成されている。
【0051】即ち、第2の反射面2からの反射光を受け
る部分の面は回転放物面に形成され、かつ光源4に面す
る側の面はその表面の曲率半径の中心が第1の反射面1
の焦点位置5に位置するような球面鏡に形成されてお
り、第1の反射面の焦点距離をf、曲率半径をrとする
と、f>rとなっている。
る部分の面は回転放物面に形成され、かつ光源4に面す
る側の面はその表面の曲率半径の中心が第1の反射面1
の焦点位置5に位置するような球面鏡に形成されてお
り、第1の反射面の焦点距離をf、曲率半径をrとする
と、f>rとなっている。
【0052】光源4の発光部から出射した光は第1の反
射面1および第2の反射面2を反射して第3の反射面3
aに照射され、さらにこの第3の反射面3aの表面でほ
ぼ平行光として外部へと出射される。このほぼ平行な光
が照明光として用いられる。一方、光源4の前方すなわ
ち第3の反射面3の裏面側の球面3bに照射された光は
この球面3bで反射され、再度第1の反射面1において
反射される。このとき上記のf>rの関係から反射光は
第3の反射面に妨げられることなく前方に反射されて、
直接あるいは第2の反射面2および第3の反射面3を反
射して、この反射光学系の外部へとほぼ平行な光として
出射される。
射面1および第2の反射面2を反射して第3の反射面3
aに照射され、さらにこの第3の反射面3aの表面でほ
ぼ平行光として外部へと出射される。このほぼ平行な光
が照明光として用いられる。一方、光源4の前方すなわ
ち第3の反射面3の裏面側の球面3bに照射された光は
この球面3bで反射され、再度第1の反射面1において
反射される。このとき上記のf>rの関係から反射光は
第3の反射面に妨げられることなく前方に反射されて、
直接あるいは第2の反射面2および第3の反射面3を反
射して、この反射光学系の外部へとほぼ平行な光として
出射される。
【0053】第3の反射面3の裏面に球面反射鏡3bを
設ける代りに、光源4の発光部を封止した球状のガラス
シールドのうち前方の部分にAlやAgなどの光反射性
の高い材料を蒸着するなどして反射膜を形成してもよ
い。
設ける代りに、光源4の発光部を封止した球状のガラス
シールドのうち前方の部分にAlやAgなどの光反射性
の高い材料を蒸着するなどして反射膜を形成してもよ
い。
【0054】このような構造にすることによっても、光
源4から出射された光を第3の反射面3の裏面で妨げら
れることなく、光源4の供給する光源光としてほぼ100
%有効に活用して明るい照明光を得ることができる。
源4から出射された光を第3の反射面3の裏面で妨げら
れることなく、光源4の供給する光源光としてほぼ100
%有効に活用して明るい照明光を得ることができる。
【0055】
【発明の効果】以上、詳細な説明で明示したように、本
発明によれば、投射画像の輝度分布の画面内均一性が良
好で、かつ照明光の利用効率が高く明るい表示を行なう
投射型表示装置を実現することができる。
発明によれば、投射画像の輝度分布の画面内均一性が良
好で、かつ照明光の利用効率が高く明るい表示を行なう
投射型表示装置を実現することができる。
【図1】第1の実施例の投射型表示装置における光源系
(反射光学系および光源)の構造を示す図。
(反射光学系および光源)の構造を示す図。
【図2】第1の実施例の光源系を用いた散乱式の投射型
液晶表示装置の構造を示す図。
液晶表示装置の構造を示す図。
【図3】第2の実施例の投射型表示装置における光源系
の構造を示す図。
の構造を示す図。
【図4】第2の実施例の光源系を用いた投射型表示装置
の構造の概要を示す図。
の構造の概要を示す図。
【図5】第3の実施例の投射型表示装置における光源系
の構造の概要を示す図。
の構造の概要を示す図。
【図6】本発明に係る投射型表示装置の第4の実施例の
光源系の構造を示す図。
光源系の構造を示す図。
【図7】従来の光源系の発光強度分布を示す図。
【図8】従来の投射型表示装置を示す図。
【図9】従来の投射型表示装置を示す図。
【図10】従来の投射型表示装置を示す図。
1………第1の反射面、 2………第2の反射面、 3………第3の反射面、 4………光源、 5………第一の焦点、 6………第2の焦点、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邉 好浩 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8 株式 会社東芝 マイクロエレクトロニクス技 術研究所内 (56)参考文献 特開 平5−34599(JP,A) 特開 平3−168628(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1335 - 1/13363 G02F 1/13 505 G03B 21/14
Claims (1)
- 【請求項1】 光源と、 前記光源の発光部に第1の焦点を有する第1の反射面
と、該第1の反射面の第1の焦点とは異なる位置に第2
の焦点を有する第2の反射面と、前記第2の焦点部分に
配置され、前記光源から出射されて前記第1の反射面で
反射し更に前記第2の反射面で反射された光を表面で反
射して外部へと出射する第3の反射面とを備えた反射光
学系と、 前記反射光学系から出射されて供給される光の透過を各
画素ごとに制御するライトバルブパネルと、 前記ライトバルブパネルを透過あるいは反射した光を拡
大あるいは縮小してスクリーンへと投射する投射レンズ
系とを具備することを特徴とする投射型表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33676993A JP3228626B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 投射型表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33676993A JP3228626B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 投射型表示装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07199182A JPH07199182A (ja) | 1995-08-04 |
JP3228626B2 true JP3228626B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=18302529
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33676993A Expired - Fee Related JP3228626B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 投射型表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3228626B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001356404A (ja) * | 2000-06-09 | 2001-12-26 | Mitsubishi Electric Corp | 画像表示装置 |
JP3661688B2 (ja) | 2002-03-26 | 2005-06-15 | セイコーエプソン株式会社 | 照明装置 |
JP2007324039A (ja) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Hitachi Media Electoronics Co Ltd | 偏光装置およびそれを用いた光学装置、映像表示装置、照明装置 |
JP5035055B2 (ja) * | 2008-03-19 | 2012-09-26 | ウシオ電機株式会社 | 光源装置 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP33676993A patent/JP3228626B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH07199182A (ja) | 1995-08-04 |
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