JP4182374B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射型表示装置に関し、特に単板カラーフィルタレス方式の液晶プロジェクタに適用することができる。本発明は、照明光を集光して1の照明光の光源像を複数形成し、各光源像を形成する入射光を重ね合わせて液晶表示パネルを照明する光学系により照明光学系を形成し、この照明光学系において、複数の照明光を空間的に分離して入射することにより、簡易な組み立て作業により組み立てることができ、かつ全体形状を小型化することができるようにする。
【0002】
【従来の技術】
従来、画像表示装置であるプロジェクタにおいては、空間変調素子の透過光又は反射光をスクリーン等に投射することにより、この空間変調素子による画像を投影して表示するようになされている。この種のプロジェクタにおいては、所望の倍率による表示画像を形成できることにより、陰極線管を用いた通常の表示装置、直視型液晶ディスプレイ等に比して大画面の表示に適していると考えられている。
【0003】
このようなプロジェクタにおいては、空間変調素子として液晶表示パネルを使用するものがあり、このような液晶表示パネルを使用したプロジェクタにおいては、3枚の液晶表示パネルを用いてカラー画像を形成する方式(3板方式の液晶プロジェクタである)のものと、1枚の液晶表示パネルを用いてカラー画像を形成する方式(単板方式の液晶プロジェクタである)のものとがある。
【0004】
このうち3板方式の液晶プロジェクタは、白色光源より出射された照明光を赤色、青色、緑色の波長帯域に分離すると共に、それぞれ赤色、青色、緑色の色信号により駆動される液晶表示パネルにこれら各波長帯域の照明光を供給し、各液晶表示パネルの透過光又は反射光をスクリーンに重ね合わせて投射するものである。
【0005】
これに対して単板方式の液晶プロジェクタは、赤色、青色、緑色の色信号により動作する液晶セルを順次循環的に配列して液晶表示パネルを形成し、この液晶表示パネルの各液晶セルに対応する赤色、青色、緑色の照明光を選択的に供給すると共に、各液晶セルの透過光又は反射光をスクリーンに投射するものである。
【0006】
このような単板方式の液晶プロジェクタにおいては、3板方式の液晶プロジェクタに比して、全体形状を簡略化することができ、さらにその分全体形状を小型化することができる。
【0007】
このような単板方式の液晶プロジェクタにおいては、各液晶セルに対応する赤色、青色、緑色の照明光を選択的に供給する手段として、各液晶セルに対応するカラーフィルタを配置するものと、白色の照明光を赤色波長帯域、青色波長帯域、緑色波長帯域の照明光に分離して対応する液晶セルに選択的に入射させるものとがある(特開平4−60538)。
【0008】
この後者の液晶プロジェクタ(以下、単板カラーフィルタレス方式の液晶プロジェクタと呼ぶ)においては、カラーフィルタによる損失を回避できる分、前者の液晶プロジェクタに比して照明光の利用効率を向上することができる。
【0009】
図9は、この単板カラーフィルタレス方式の液晶プロジェクタを示す略線図である。この液晶プロジェクタ1において、光源2は、メタルハライドランプ又はキセノンランプ等による放電ランプ3の周囲をリフレクタ4で囲って形成され、白色の照明光を出射する。凸レンズ5は、この光源2より出射される照明光を集光して透明ロッド6の端面に入射する。透明ロッド6は、入射光の光量分布を均一化するライトインテグレータの一種であり、1の端面より入射した照明光を側面で全反射させながら内部を伝搬して他の端面より出射することにより、照明光の光量分布を均一化する。凸レンズ7は、この透明ロッド6の他の端面より出射される照明光を収束して出射する。
【0010】
色分解ミラー8B、8G、8Rは、ダイクロイックミラーであり、凸レンズ7より出射される照明光の光路上に近接して、かつ異なる傾きにより順次配置される。ここで色分解ミラー8B、8G、8Rは、それぞれ所定波長帯域の照明光を選択的に反射すると共に、残る波長帯域の照明光を選択的に透過する。これにより色分解ミラー8B、8G、8Rは、白色による照明光を青色波長帯域、緑色波長帯域、赤色波長帯域の照明光に分離してほぼ同一の方向に出射し、このときこれら青色波長帯域、緑色波長帯域、赤色波長帯域の照明光において、出射方向が所定角度だけ異なるようにこれら照明光を出射する。
【0011】
液晶表示パネル9は、単板カラーフィルタレス方式に適用される液晶表示パネルであり、図10に示すように、紙面において水平方向に、赤色、青色、緑色の色信号により動作して入射光を強度変調してなる透過光を出射する液晶セルR、B、Gが順次循環的に配置されて構成される。光束分離手段としてのマイクロレンズ10は、微小レンズの集合体であり、液晶表示パネル9における赤色、青色、緑色の1組の液晶セルに対して1の微小レンズが配置される。これによりマイクロレンズ10は、色分解ミラー8B、8G、8Rから出射して異なる方向より入射する青色、緑色、赤色の照明光を対応する液晶セルに選択的に入射する。なおこの図10においては、偏光フィルタの記載を省略して示す。
【0012】
レンズ11及び12は、この液晶表示パネル9の透過光をスクリーンに投射する。これにより単板カラーフィルタレス方式の液晶プロジェクタ1においては、液晶表示パネル9の各液晶セルを対応する色信号により駆動して所望の画像をスクリーンに投影できるようになされている。
【0013】
このような単板カラーフィルタレス方式の液晶プロジェクタにおいては、色分解ミラー8B、8G、8Rに代えて分散素子を用いる構成(特開平5−273517)、ホログラム素子を用いる構成(特開平9−146066)も提案されている。
【0014】
図11は、透明ロッド6に代えてマルチレンズアレイ22及び23を使用して照明光の光量分布を均一化するようになされた液晶プロジェクタを示す略線図である。
【0015】
ここでマルチレンズアレイ22及び23は、図12に平面図、側面図を示すように、微小レンズをアレイ状に配置したものであり、この図12に示す構成においては、この配置を2次元的に一様に繰り返したものである。液晶プロジェクタ21においては、例えば同一形状のマルチレンズアレイ22及び23が光路上に離間して配置される。このときマルチレンズアレイ22及び23は、光源2側のマルチレンズアレイ22を構成する微小レンズの焦点距離にほぼマルチレンズアレイ22及び23の間隔が等しくなるように配置され、ほぼ平行光線による照明光をこの光源2側のマルチレンズアレイ22に入射する。
【0016】
液晶プロジェクタ21においては、マルチレンズアレイ23側の光路上に1対の凸レンズ24及び25が配置される。これにより液晶プロジェクタ21においては、マルチレンズアレイ22の各微小レンズにより光源2の光学像をそれぞれマルチレンズアレイ23近傍に形成すると共に、この各微小レンズの光学像より出射される照明光を液晶表示パネル9上で重ね合わせ、これにより液晶表示パネル9を均一に照明するようになされている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのような単板カラーフィルタレス方式の液晶プロジェクタ1、21においては、色分解ミラー8B、8G、8R等を精度良く配置する必要がある。すなわちこの精度が劣ると、液晶セルに対応する照明光だけを正しく入射することが困難になり、表示画面において色純度が低下するようになる。これによりこの種の液晶プロジェクタ1、21においては、組み立て作業が煩雑で、かつ時間を要する問題がある。
【0018】
また色分解ミラー8B、8G、8Rの特性より、色分解ミラー8B、8G、8Rの配置位置が制限され、この制限により全体形状が大型化する問題がある。
【0019】
すなわち図13及び図14は、それぞれ長波長側帯域及び短波長側帯域を選択的に反射する色分解ミラーの反射率を示す特性曲線図である。この図13及び図14において入射角θ=45度を基準にして示すように、色分解ミラーは、入射角により透過率、反射率の半値波長が変化する。
【0020】
これに対して図15及び図16に示すように、主光線が光学系光軸と平行でない非テレセントリック光学系においては、色分解ミラーの各部で照明光の入射角が相違することになる。
【0021】
すなわち図15においては、光学系光軸に対して主光線が角度θだけ傾いた状態で、照明光が色分解ミラーを透過した後、凸レンズを介して液晶表示パネルの上部に入射する場合である。また図16においては、光学系光軸に対して主光線が角度θだけ傾いた状態で、照明光が色分解ミラーを透過した後、凸レンズを介して液晶表示パネルの下部に入射する場合である。ここではそれぞれ液晶表示パネルに、主光線に対して角度φの広がりにより照明光が入射する場合を示す。これにより非テレセントリック光学系に色分解ミラーを配置した場合には、各部で反射される照明光の波長帯域が微妙に相違し、スクリーン上においてこの波長帯域の相違が色ムラとして観察されることになる。
【0022】
これにより色ムラを防止するために、この種の液晶プロジェクタにおいては、図17に示すように、主光線が光軸と平行なテレセントリック光学系に色分解ミラーを配置せざるを得ず、その分全体構成が大型化する問題がある。
【0023】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、単板カラーフィルタレス方式の液晶プロジェクタにおいて、簡易な組み立て作業により組み立てることができ、かつ全体形状を小型化することができる投射型表示装置を提案しようとするものである。
【0024】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、照明光学系が、マルチレンズアレイにより照明光を集光して1の照明光の光源像を複数形成し、各光源像を形成する入射光をレンズにより重ね合わせて液晶表示パネルを照明することにより、照明光を液晶表示パネルに導くようにし、このとき複数の照明光を空間的に分離して入射する。また照明光学系は、1つのマルチレンズアレイを複数の照明光に対応する領域に分割して、各領域でそれぞれ対応する照明光の光源像を複数形成し、複数の照明光で共通のレンズにより各光源像を形成する入射光を重ね合わせて液晶表示パネルを照明する。またマルチレンズアレイには、隣接する照明光の領域の境界に、微小レンズを作成しない領域が設けられる
【0025】
照明光を集光して1の照明光の光源像を複数形成し、各光源像を形成する入射光を重ね合わせて液晶表示パネルを照明することにより、照明光を液晶パネルに導くようにし、このとき複数の照明光を空間的に分離して入射すれば、各照明光においては、異なる傾きにより液晶表示パネルの各液晶セルに入射することになる。これにより色分離ミラーを用いなくても、照明光を各液晶セルに所定の傾きにより入射することができ、液晶セルに対応する照明光を入射することができ、色分離ミラーを用いないことにより、組み立て作業を簡略化でき、また全体形状を小型化することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【0027】
(1)実施の形態の構成
図1は、本発明の実施の形態に係る液晶プロジェクタを示す略線図である。この液晶プロジェクタ41において、図11について上述した液晶プロジェクタ21と同一の構成は、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。なおこの実施の形態は、本願の前提の構成を示すものである。
【0028】
この液晶プロジェクタ41において、光源42R、42G、42Bは、それぞれレーザー光源により構成され、液晶プロジェクタ41における赤色用液晶セル、緑色用液晶セル、青色用液晶セルの繰り返し方向に対応する方向に配列されて、それぞれ赤色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域における所定波長のレーザービームを赤色用、緑色用、青色用の各照明光として出射する。
【0029】
凹レンズ43R、43G、43Bは、各光源42R、42G、42Bより出射されるレーザービームLR、LG、LBを発散光により出射し、続く凸レンズ44R、44G、44Bは、この発散光によるレーザービームをLR、LG、LBをそれぞれ平行光によりマルチレンズアレイ22に入射する。これにより各凹レンズ43R、43G、43Bと、対応する凸レンズ44R、44G、44Bとは、それぞれレーザービームのビーム径を拡大して出射する拡大レンズ系を構成する。
【0030】
このようにして各照明光LR、LG、LBのビーム径を拡大して出射するにつき、図2に示すように、凹レンズ43R、43G、43B及び凸レンズ44R、44G、44Bは、マルチレンズアレイ22の入射面及び出射面において、光源42R、42G、42Bの配列に対応してこれら入射面及び出射面を3分割して形成される各領域ARLR、ARLG、ARLBにだけそれぞれ対応する照明光LR、LG、LBが入射し、隣接する他の領域には他の照明光が入射しないようになされている。なお液晶プロジェクタ41においては、このために適宜遮光板等が照明光LR、LG、LBの光束間に配置される。
【0031】
これにより液晶プロジェクタ41においては、液晶表示パネル9における液晶セルの配列に対応して、空間的に分離して赤色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域の照明光LR、LG、LBを光源2側のマルチレンズアレイ22に入射するようになされ、マルチレンズアレイ22の各微小レンズで形成される光学像による照明光を液晶表示パネル9上で重ね合わせるようになされている。
【0032】
(2)実施の形態の動作
以上の構成において、液晶プロジェクタ41においては(図1)、光源42R、42G、42Bよりレーザービームによる照明光LR、LG、LBが出射され、各凹レンズ43R、43G、43Bと、対応する凸レンズ44R、44G、44Bとによる拡大レンズ系により、これら照明光LR、LG、LBのビーム径が拡大されてほぼ平行光線に変換される。
【0033】
さらに液晶プロジェクタ41においては、空間的に分離されて、さらに液晶表示パネル9における液晶パネルの配列に対応する配置により、マルチレンズアレイ22にこれら照明光LR、LG、LBが入射され(図2)、マルチレンズアレイ22を構成する微小レンズにより各微小レンズに入射した照明光LR、LG、LBの光源像が続くマルチレンズアレイ23の近傍に形成される。
【0034】
液晶プロジェクタ41においては、このようにして形成された各光源像を形成する照明光LR、LG、LBが、続くマルチレンズアレイ23、凸レンズ24、25により液晶表示パネル9に導かれ、各光源像を形成する照明光LR、LG、LBが重なり合って液晶表示パネル9に入射することになる。
【0035】
このとき各照明光LR、LG、LBについては、空間的に分離されて、さらに液晶表示パネル9における液晶パネルの配列に対応する配置によりマルチレンズアレイ22に入射した後、続くマルチレンズアレイ23、凸レンズ24、25により液晶表示パネル9に導かれることにより、液晶表示パネル9に対しては、液晶セルの配列に対応した方向よりそれぞれ到来することになる。
【0036】
すなわちマルチレンズアレイ22を構成する微小レンズの各部に入射した照明光の光路を図3、図4及び図5に示すように、このように液晶表示パネル9における液晶パネルの配列に対応する配置により空間的に分離して照明光LR、LG、LBをマルチレンズアレイ22に入射する場合にあっては、液晶表示パネル9に入射する各照明光LR、LG、LBの角度を制御することができる。なおここで図3においては、マルチレンズアレイ22を構成する各微小レンズの中央に入射した照明光の光路を示し、図4及び図5においては、同様にして各微小レンズの下部及び上部に入射した照明光の光路を示す。
【0037】
これらの光路図より、マルチレンズアレイ22の各微小レンズより出射される照明光は、光軸からの各微小レンズの高さが大きくなるほど、液晶表示パネル9に対する入射角が増大することが判る。またマルチレンズアレイ22の上側部分、中央部分、下側部分よりそれぞれ入射する各照明光LR、LG、LBにおいては、液晶表示パネル9の各領域に異なる入射角で入射することが判る。
【0038】
これにより液晶プロジェクタ41においては、液晶表示パネル9の前面に配置したマイクロレンズ10により液晶表示パネル9の各液晶セルに対応する照明光LR、LG、LBを選択的に入射することが可能となり、各液晶セルより出射される強度変調されてなる出射光を凸レンズ11及び12(図11参照)によりスクリーンに投射して表示画像を形成することができる。
【0039】
これにより液晶プロジェクタ41においては、色分離ミラー(図9、図11)を用いなくても各液晶セルに対応する照明光を入射することができ、色分離ミラーを配置することによる組み立て作業の煩雑さを解消することができ、さらには組み立て精度を低減しても高品位の表示画像を形成することができる。また色分離ミラーを省略できる分、全体構成を簡略化、小型化することもできる。
【0040】
また各照明光LR、LG、LBにおいては、マルチレンズアレイ22、23の本来の機能により、液晶表示パネル9を均一に照明し、これにより高品位の表示画像を形成することができる。
【0041】
(3)第1の実施の形態の効果
以上の構成によれば、それぞれ光源42R、42G、42Bで生成したレーザービームによる照明光LR、LG、LBを空間的に分離して、かつ液晶表示パネル9における液晶パネルの配列に対応する配置によりマルチレンズアレイ22に入射することにより、色分離ミラーを使用しなくても、各波長帯域の照明光LR、LG、LBを異なる角度により液晶表示パネル9に向かって出射し、液晶表示パネル9の各液晶セルに対応する照明光を選択的に入射することができる。従って色分離ミラーを使用しなくても良い分、全体形状を小型化、簡略化することができ、さらには取り付け精度も低減でき、その分組み立て作業を簡略化することができる。
【0042】
(4)他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、それぞれ光源42R、42G、42Bでレーザービームによる照明光LR、LG、LBを生成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図1、図9との対比により図6に示すように、光源2より出射される白色の照明光を色分解ミラー52B、52G、52Rにより青色波長帯域、緑色波長帯域、赤色波長帯域の照明光LR、LG、LBに分解し、この照明光LR、LG、LBを空間的に分離してマルチレンズアレイ22に入射するようにしてもよい。
【0043】
なお上述の実施の形態においては、微小レンズを2次元的に一様に配置したマルチレンズアレイ22及び23を使用して液晶プロジェクタを構成する場合について述べたが、本発明は、図1との対比により図7に示すように、各照明光LR、LG、LBの境界に微小レンズを何ら配置しない領域を形成する。このようにすれば、図8に示すように、マイクロレンズ10を構成する1の微小レンズに入射するこれら照明光LR、LB、LGを見たとき、1の微小レンズに入射する照明光LR、LB、LGの光束を所定の角間隔αにより離間させることが可能となる。これにより確実に対応する照明光を液晶セルに選択的に入射することが可能となり、その分表示画像の色純度を向上して品位を向上することが可能となる。
【0045】
また上述の実施の形態においては、レーザー光源により光源42R、42G、42Bを構成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、発光ダイオードにより各光源を構成する場合等にも広く適用することができる。
【0046】
さらに上述の実施の形態においては、液晶表示パネルにおける液晶セルの配列に対応して、各照明光を一次元的に配列すると共に、空間的に分離してマルチレンズアレイ22に入射する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、液晶表示パネルとの対応により各照明光を二次元的に配列すると共に、空間的に分離してマルチレンズアレイ22に入射するようにしてもよい。
【0047】
また上述の実施の形態においては、1対のマルチレンズアレイを使用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この1対のマルチレンズアレイを一体化した構成のマルチレンズアレイを使用する場合等、要は、入射光を集光してこの入射光の光源像を複数形成すると共に、各光源像を形成する入射光を重ね合わせて液晶表示パネルを照明するように、光源側の光学系である照明光学系を形成する場合に広く適用して、この照明光学系にこれらの照明光の空間的に分離して入射して上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0048】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、照明光を集光して1の照明光の光源像を複数形成し、各光源像を形成する入射光を重ね合わせて液晶表示パネルを照明する光学系により照明光学系を形成し、この照明光学系において、複数の照明光を空間的に分離して入射することにより、簡易な組み立て作業により組み立てることができ、かつ全体形状を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る液晶プロジェクタを示す略線図である。
【図2】マルチレンズアレイと照明光との関係を示す斜視図である。
【図3】マルチレンズアレイの各微小レンズの中央に入射する照明光の光路を示す略線図である。
【図4】マルチレンズアレイの各微小レンズの下部に入射する照明光の光路を示す略線図である。
【図5】マルチレンズアレイの各微小レンズの上部に入射する照明光の光路を示す略線図である。
【図6】白色光源を用いた他の実施の形態に係る液晶プロジェクタを示す略線図である。
【図7】マルチレンズアレイを分離した構成とした他の実施の形態に係る液晶プロジェクタを示す略線図である。
【図8】図7の液晶プロジェクタにおいて1の液晶セルに対する照明光の光路を示す略線図である。
【図9】従来の液晶プロジェクタを示す略線図である。
【図10】マイクロレンズと液晶表示パネルとの関係を示す断面図である。
【図11】マルチレンズアレイを用いた従来の液晶プロジェクタを示す略線図である。
【図12】マルチレンズアレイを示す平面図及び側面図である。
【図13】長波長側を反射するダイクロイックミラーの特性を示す特性曲線図である。
【図14】短波長側を反射するダイクロイックミラーの特性を示す特性曲線図である。
【図15】非テレセントリック光学系において、液晶表示パネルの上部に入射する照明光の光路を示す略線図である。
【図16】非テレセントリック光学系において、液晶表示パネルの下部に入射する照明光の光路を示す略線図である。
【図17】テレセントリック系の光学系において、液晶表示パネルに入射する照明光の光路を示す略線図である。
【符号の説明】
1、21、41、51、61……液晶プロジェクタ、2、42B、42G、42R……光源、9……液晶表示パネル、10……マイクロレンズ、22、23……マルチレンズアレイ

Claims (5)

  1. 波長帯域の異なる複数の照明光を出射する光源と、
    前記複数の照明光に対応する液晶セルが順次循環的に配置され、各液晶セルにおいて入射光の光量を制御して出射する液晶表示パネルと、
    前記複数の照明光の前記液晶表示パネルへの入射角を異ならせて、前記複数の照明光を対応する液晶セルに導く照明光学系とを有し、
    前記照明光学系が、
    マルチレンズアレイにより前記照明光を集光して1の前記照明光の光源像を複数形成し、前記各光源像を形成する入射光をレンズにより重ね合わせて前記液晶表示パネルを照明することにより、前記照明光を前記液晶表示パネルに導く光学系を有し、
    前記複数の照明光を空間的に分離して前記光学系に入射し、
    前記照明光学系は、
    1つの前記マルチレンズアレイを前記複数の照明光に対応する領域に分割して、各領域でそれぞれ対応する前記照明光の光源像を複数形成し、
    前記複数の照明光で共通のレンズにより前記各光源像を形成する入射光を重ね合わせて前記液晶表示パネルを照明し、
    前記マルチレンズアレイには、隣接する前記照明光の前記領域の境界に、微小レンズを作成しない領域が設けられた
    投射型表示装置。
  2. 前記光源は、
    光の3原色に対応した波長帯域により3つの照明光を出射する光源である
    請求項1に記載の投射型表示装置。
  3. 前記光源は、
    光の3原色に対応した波長帯域におけるレーザービームを出射する3つのレーザー光源である
    請求項1に記載の投射型表示装置。
  4. 前記光源は、
    色分離手段により白色光から前記複数の照明光を生成する
    請求項1に記載の投射型表示装置。
  5. 前記光源は、
    光の3原色に対応した波長帯域における光を出射する3つの発光ダイオードである
    請求項1に記載の投射型表示装置。
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