JP3972701B2 - 光学ユニットおよびそれを用いた投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を液晶パネルあるいは反射型映像表示素子などのライトバルブ素子を使用して光強度変調し、スクリーン上に映像を投影する光学ユニット、およびそれを用いた、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射型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投写型映像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、特開平１０−１７１０４５号公報に開示されているように、光源からの光を液晶パネルなどのライトバルブ素子（映像表示素子ともいう）で映像信号に応じて光強度変調し形成した映像光を、投射レンズによりスクリ−ンなどに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】
ライトバルブ素子（映像表示素子）として液晶パネルを用いた投写型映像表示装置の概略構成図を図３に示す。図３を用いて、光源から投射レンズまでの光学系（以下、光学ユニットと称す）およびそれを用いた投写型映像表示装置について説明する。
【０００４】
図３において、光源１から出射した光束は第1レンズアレイ３に入射する。第1レンズアレイ３は、入射した光束をマトリックス状に配置された複数のレンズセルで複数の光束に分割して、効率よく第２レンズアレイ４と偏光変換素子５を通過するように導く。第１レンズアレイ３と同様に、マトリックス状に配置された複数のレンズセルを持つ第２レンズアレイ４は、構成するレンズセルそれぞれが対応する第１レンズアレイ３のレンズセルの形状を液晶表示素子２１，２２，２３側に投影する。この時、偏光変換素子５は第２レンズアレイ４からの光束を所定の偏光方向に揃える。そして、これら第１レンズアレイ３の各レンズセルの投影像を集光用レンズ６、及びコンデンサレンズ１３，１４，１５、第１リレ−レンズ１９、第２リレ−レンズ２０により各液晶表示素子２１，２２，２３上に重ね合わせる。なお、２は光源１からの光線を示す。
【０００５】
その過程で、集光用レンズ６の出射光束は、赤反射緑青透過ダイクロイックミラ−８，緑反射青透過ダイクロイックミラ−９により、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色に分離される。赤反射緑青透過ダイクロイックミラ−８で分離された赤光束は全反射ミラ−１１で反射されて液晶表示素子２１に照射され、緑反射青透過ダイクロイックミラ−９で分離された緑光束は液晶表示素子２２に照射され、緑反射青透過ダイクロイックミラ−９を透過した青光束は全反射ミラ−１０と全反射ミラ−１２で反射されて液晶表示素子２３に照射される。
【０００６】
各液晶表示素子２１，２２，２３は入射側に入射側偏光板（図示せず）を、出射側に出射側偏光板（図示せず）を有し、所定の偏光方向の光を通すようになっている。そして、図示しない映像信号駆動回路により液晶表示素子を透過する光量を制御して画素ごとに濃淡を変える光強度変調を行う。
【０００７】
光強度変調で形成された液晶表示素子２１，２２，２３上の映像は、色合成プリズム２４によって色合成され、さらに、投射手段である投射レンズ２５によってスクリ−ン（図示せず）上へと投射され、大画面映像を得ることができる。
なお、第１リレ−レンズ１９と第２リレ−レンズ２０は、液晶表示素子２１，２２に対して青色の液晶表示素子２３の、光源１から液晶表示素子面までの光路長が長くなっていることを補うものである。また、コンデンサレンズ１３，１４，１５は液晶表示素子２１，２２，２３へ入射する光線が入射角度が垂直であるものが最も多くなるように光線角度を補正するレンズであり、投射レンズ２５によって効率のよい投射を実現する。コンデンサレンズ１５は光路長補正のため第１リレ−レンズ１９と第２リレ−レンズ２０と組合せて用いられるので、広い意味で、第１リレ−レンズ１９と第２リレ−レンズ２０とコンデンサレンズ１５で光線角度補正をしていると考えることができる。本発明では、以下このように考えるものとする。
【０００８】
このように構成された投写型映像表示装置の光学ユニットが筐体３０に格納されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この種の投写型映像表示装置に求められる主な要求としては、高輝度でかつ装置サイズが小さいことである。このため、図３で述べたように、光源１から投射レンズ２５までの光路を、ダイクロイックミラ−や反射ミラ−を用いて折り曲げ、装置サイズを小さくしている。
【００１０】
図４は、図３の投写型映像表示装置に用いられる光学ユニットの概略構成の一部を光路の折り曲げを省略して示した光路説明図である。図４では、偏光変換素子、色合成プリズム、投射レンズは省略し、光源１から液晶表示素子２１、２２、２３までの光路を示している。図４において、図３に同一な部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００１１】
図４において、各光学部品は、その中心が主光軸４０に略一致するように配置されおり、従って、各光学部品は主光軸４０に対して上下左右が対称である。また、図４で集光用レンズ６から出射する周辺光の光線径φは、集光用レンズの作用により集光されるため、液晶表示素子側に近い程小さくなっている。
【００１２】
このため、図３で斜線部で示すデッドスペ−ス２６が生じており、スペ−スが有効利用されていない。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題を解決し、デッドスペ−スを低減する光学ユニットおよびこれを用いた投写型映像表示装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、投射型映像表示装置において、光源と、映像光を生成するための映像表示素子と、前記光源からの光を集光する集光レンズと、前記集光レンズからの光の光線方向を補正する光線角度補正レンズと、該光線角度補正レンズからの光を前記映像表示素子の画素ごとに光強度変調して前記映像光を生成するために、前記映像表示素子を駆動する映像信号駆動回路と、前記映像表示素子からの映像光を拡大して投射する投射レンズと、前記装置の外殻を為す筐体と、を備え、前記集光レンズは、前記集光レンズが前記筐体の最も近接する壁面の方向に偏芯して形成され、前記集光レンズは、前記筐体の最も近接する壁面と、前記集光レンズからの光束における前記壁面に近接する境界面とがほぼ平行になるように、前記集光レンズからの光束の通過範囲を前記壁面側にシフトさせ、前記光線角度補正レンズは、前記集光レンズによる前記光束の通過範囲のシフト方向と逆方向に偏芯され、前記映像表示素子に入射する光線角度が略直角になるように、前記集光レンズでシフトされた光束の方向を補正することを特徴とする。
【００１５】
この構成により、従来問題となっていたデッドスペースをなくし、光学ユニットの縦寸法が短くすることができるので、その分装置の外形サイズを小さくすることが可能となる。また、この構成により、上記光線角度補正レンズは、集光レンズで筐体の壁面方向へシフトされた光束をそのシフト方向と逆方向にシフトし、該シフトされた光束を映像表示装置に対し、略直角に入手させるように補正するので、上記補正された光束をほぼ平行光にして映像表示装置に入射させることができる。したがって、装置の外形サイズを小さくしつつ、光の利用効率を向上させ、明るく輝度ムラの少ない映像を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００２０】
図１は本発明による１実施の形態の光学ユニットの概略構成の一部を光路の折り曲げを省略して示した光路説明図である。偏光変換素子、色合成プリズム、投射レンズは省略している。図１において、７は偏芯した集光用レンズで、１６と１７は集光用レンズ７の偏芯方向とは逆側に偏芯したコンデンサレンズで、１８はコンデンサレンズ１６，１７と同一方向に偏芯した第１リレ−レンズである。コンデンサレンズ１６，１７、および、第１リレ−レンズ１８と第２リレ−レンズ２０（図示せず）とコンデンサレンズ１５（図示せず）は光線角度補正を行ない、液晶表示素子２１，２２，２３通過後の光線の広がりを押さえる。液晶表示素子２１，２２，２３では、入力映像信号に基づいて駆動回路(図示せず)により光強度変調されて映像光を生成し、生成した映像光を投射レンズ２５（図示せず）によって効率のよい投射を実現する。図１において、図３、図４に同一な部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００２１】
図４の従来技術においては、各光学部品はその中心が主光軸４０に略一致するように配置されおり、各光学部品は主光軸に対して上下左右が対称である。これに対して、図１においては、集光用レンズ７を所定方向（図２では紙面に対し上方向）に偏芯させ、かつ、コンデンサレンズ１６、１７および第１リレ−レンズ１８を集光用レンズ７とは反対方向に偏芯させる。これにより、図１で示すように、光源１からの各光線２は集光用レンズ７で偏芯した方向に屈折するので、液晶表示素子２１、２２、２３の中心は光源１などの中心からシフトする。なお、コンデンサレンズ１６、１７および第１リレ−レンズ１８を集光用レンズ７とは反対方向に偏芯させるのは、集光用レンズ７でシフトした光線を補正し、液晶表示素子２１、２２、２３に略平行に照射するようにするものである。このようにすることにより、光学ユニットの周辺部の光線高さを略揃えることができる。
図２は、図１の構成の光学ユニットを液晶パネルを用いた投写型表示装置に適用したものである。図２において、図１，図３，図４に同一な部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００２２】
図２において、集光用レンズ７の偏芯方向は筐体３１の近接する壁側方向である。これにともない、図２から明らかなように、光学ユニットの周辺部の光線高さを筐体３１に近接するように略揃えることができる。これにより、図３の斜線部で示すデッドスペ−ス２６を低減することができる。即ち、図２の筐体サイズＡ（横）×Ｃ（縦）、図３の筐体サイズをＡ（横）×Ｂ（縦）とするとき、Ｃ寸法をＢ寸法より小さくすることができる。
【００２３】
一般に、投写型映像表示装置の装置サイズは光学ユニットの最大縦寸法と最大横寸法に若干の構造部品サイズを足したサイズとなる。従来からの構成の図３の光学ユニットサイズは最大横寸法Ａ×最大縦寸法Ｂであり、本発明を適用した図２の構成の光学ユニットサイズは最大横寸法Ａ×最大縦寸法Ｃである。図２の構成は図３の構成に対してデッドスペース２６が無くなるため縦寸法が短くなり、即ちＣ寸法をＢ寸法より小さくすることができるので、その分だけ光学ユニットが小型となる。したがって、装置サイズも同じ分だけ小さくすることができる。
【００２４】
なお、上記では、映像表示素子として透過型の液晶パネルを用いて説明したが、これに限定されるものではなく、反射型の液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micro Mirror Device）を用いても同様の効果を得ることができる。また、上記では、液晶パネルを３枚用いたが、液晶パネルを１枚だけ用いる投写型映像表示装置にも本発明を適用できることは明らかである。
【００２５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の光学ユニットおよびそれを用いた投写型映像表示装置は、偏芯した集光用レンズおよび光線角度補正用レンズを用いることにより、高輝度を維持したまま装置の小型化が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による１実施形態を示す光学ユニットの概略構成の一部を示す光路説明図である。
【図２】本発明の−実施形態を示す投写型映像表示装置の概略構成図である。
【図３】従来の投写型映像表示装置の概略構成図である。
【図４】従来の投写型映像表示装置に用いられる光学ユニットの概略構成の一部を示す光路説明図である。
【符号の説明】
１…光源、２…光線、３…第１レンズアレイ、４…第２レンズアレイ、５…偏光変換素子、６…集光用レンズ、７…集光用レンズ、８…赤反射緑青透過ダイクロイックミラー、９…緑反射青透過ダイクロイックミラー、１０、１１、１２…全反射ミラー、１３、１４、１５、１６、１７…コンデンサレンズ、１８…第１リレーレンズ、１９…第１リレーレンズ、２０…第２リレーレンズ、２１、２２、２３…液晶表示素子、２４…色合成プリズム、２５…投射レンズ、２６…デッドスペース、３０…筐体、３１…筐体、４０…主光軸。

Claims (1)

1. 投射型映像表示装置において、
   光源と、映像光を生成するための映像表示素子と、前記光源からの光を集光する集光レンズと、前記集光レンズからの光の光線方向を補正する光線角度補正レンズと、該光線角度補正レンズからの光を前記映像表示素子の画素ごとに光強度変調して前記映像光を生成するために、前記映像表示素子を駆動する映像信号駆動回路と、前記映像表示素子からの映像光を拡大して投射する投射レンズと、前記装置の外殻を為す筐体と、を備え、
   前記集光レンズは、前記集光レンズが前記筐体の最も近接する壁面の方向に偏芯して形成され、
   前記集光レンズは、前記筐体の最も近接する壁面と、前記集光レンズからの光束における前記壁面に近接する境界面とがほぼ平行になるように、前記集光レンズからの光束の通過範囲を前記壁面側にシフトさせ、
   前記光線角度補正レンズは、前記集光レンズによる前記光束の通過範囲のシフト方向と逆方向に偏芯され、前記映像表示素子に入射する光線角度が略直角になるように、前記集光レンズでシフトされた光束の方向を補正することを特徴とする投射型映像表示装置。

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