JP4934436B2

JP4934436B2 - 投写型映像表示装置

Info

Publication number: JP4934436B2
Application number: JP2007007699A
Authority: JP
Inventors: 正一吉居
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2027-01-17
Also published as: JP2008175933A

Description

本願発明は、液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置に係わり、特に照明光学系にフライアイインテグレータを備えた投写型映像表示装置に関するものである。

液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置の照明光学系としては、高圧水銀ランプ等による光源と、この光源からの照明光を均一化する一対のフライアイインテグレータを備えたものが一般に用いられている。

光源が１個の場合には、１個の光源により第１，第２フライアイインテグレータの全領域が照明され、第１，第２フライアイインテグレータのフライアイレンズアレイの各レンズセルも一対一で対応している。

一方、２個以上の複数光源を用いて、単純な光学構成とした場合、第１，第２フライアイインテグレータが光源の大きさ（数）に比例して大型化し、又、第２フライアイインテグレータの全面を各光源が照明しない一方、光学系は全面照射を想定して構成されているために、全光源を点灯した場合に比較して、各光源を個別に点灯した場合には、照度や色度の均一性が低下する問題がある。各光源を個別に点灯した場合とは、光源のランプ切れの他に、省エネのために光源の点灯数を減らす場合があるので、そのような場合に照度や色度の均一性が低下するのは大きな問題となる。

そこで、本願出願人は、特許文献１に記載されているように、複数の光源を有し、各光源が出射した光をインテグレータレンズの部分領域へ向けて導くことによってインテグレータレンズの全体領域を照射する照明手段と、インテグレータレンズを経た光を複数の色光に分離する色分離手段と、各色光を変調するライトバルブと、このライトバルブにより変調された光を投写する投写手段と、を備えた投写型映像表示装置において、前記色分離手段が複数に分割され、各分割色分離手段はそれに入射する光源の光軸に対応させて色分離特性を互いに異なるものとすることで、各分割色分離手段を経て得られる色光が略同特性に色分離されるように構成されたことを特徴とする投写型映像表示装置を既に提案している。

これにより、多灯式の構成で光源の一つ又は二つ以上が発光を停止したとしても、各分割色分離手段を経て得られる色光は略同特性の波長成分を有するので、発光停止前と同様の色分離特性が発光停止後にも確保されることになり、色あい変化を抑制できるようになっている。
特開２００２−１１６４９９号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、第１フライアイインテグレータのみならず、第２フライアイインテグレータも光源の大きさ（数）に比例して大型化する点は解消されておらず、第２フライアイインテグレータからの光学系全体の小型化を図ることが困難になる。さらに、特許文献１の技術は、色分離手段を分割して各分割色分離手段をそれに入射する光源の光軸に対応させて色分離特性を互いに異なるものとすることで、各分割色分離手段を経て得られる色光が略同特性に色分離されるように構成されているので、色あい（色度）の均一性の低下は防げても、照度の均一性が低下する問題が残る。

そこで、本願発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、多灯式の光学系全体の小型化を図ることができると共に、全光源点灯時と各光源点灯時における照度や色度の均一性を等価とすることが可能な投写型映像表示装置を提供することを目的とするものである。

上記のような目的を達成するために、本願の請求項１に係る発明は、照明光学系に光源から照射された光を均一化する第１、第２フライアイインテグレータを備えて、光源から照射された光を映像信号に基づき変調し、変調された映像光を拡大投写する投写型映像表示装置において、前記光源を２個備える一方、前記第１フライアイインテグレータは、２個の光源が配置されている方向で、各光源から照射された光が全て入射する大きさに形成され、第１フライアイインテグレータの一側半分には、一方の光源から照射された光が入射するように構成されていると共に、第１フライアイインテグレータの他側半分には、他
方の光源から照射された光が入射するように構成され、前記第２フライアイインテグレータは、前記第１フライアイインテグレータよりも小さく形成されていると共に、前記第１、第２フライアイインテグレータのフライアイレンズアレイのレンズセル数は同数に形成され、前記２個の光源が配置されている方向で、各光源から第１フライアイインテグレータに照射された光は、第２フライアイインテグレータのフライアアイレンズアレイのレンズセルに対して互いに重なることなく交互に照射されるように構成されていると共に、第１フライアイインテグレータによる光束出射角度を、各光源の光軸毎に前記照明光学系の光軸方向に曲げるように構成されていることを特徴とするものである。

本願の請求項１記載の発明によれば、第１フライアイインテグレータの部分領域に照射された各光源からの光がそれぞれ第２フライアイインテグレータの全面に分散して照射されるので、第２フライアイインテグレータを小型化することが可能になって、多灯式の光学系全体の小型化を図ることができると共に、全光源点灯時と各光源点灯時における照度や色度の均一性を等価とすることが可能になる。

以下、本願発明の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本願発明を２灯３板式の液晶プロジェクタに適用した実施形態の光学系を示した平面図である。

図において、照明装置１は、水平方向に横並びに配置された２個の光源（第１光源１ａ，第２光源１ｂ）から成る。各光源１ａ，１ｂにおける発光部２は、超高圧水銀ランプ，メタルハライドランプ，キセノンランプ等から成り、それぞれの照射光はリフレクタ３によって平行光となって出射され、フライアイレンズアレイから成る第１，第２フライアイインテグレータ４，５における第１フライアイインテグレータ４の部分領域に照射されるようになっている。

本実施形態では、第１フライアイインテグレータ４を上記第１，第２光源１ａ，１ｂの大きさに合わせて大型化する一方、この第１フライアイインテグレータ４による光束出射角度を各光源１ａ，１ｂの光軸毎に後段の光学系光軸ＡＸ方向に曲げることにより、第２フライアイインテグレータ５の位置にて２光源からの出射光束を重ねて、光学系全体の小型化を図る構成としている。

第２フライアイインテグレータ５を経た光は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６及びコンデンサレンズ（集光レンズ）７を経た後、第１ダイクロイックミラー８に照射される。

偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６は、偏光分離膜と位相差板（１／２波長板）とを備えている。偏光分離膜は、第２フライアイインテグレータ５からの光のうち例えばＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を僅かに光路変更して出射する。偏光分離膜を透過したＰ偏光はその前側（光出射側）に設けてある位相差板によってＳ偏光に変換されて出射される。すなわち、ほぼ全ての光がＳ偏光に揃えられるようになっている。

第１ダイクロイックミラー８は、青色波長帯域の光を反射し、緑色及び赤色波長帯域の光を透過する。第１ダイクロイックミラー８にて反射した青色波長帯域の光は、全反射ミラー９にて反射されて光路変更される。全反射ミラー９にて反射された青色光はコンデンサレンズ１０と入射側偏光板１１を経て青色光用の透過型の液晶パネル１２に導かれ、ここで映像信号に基づき光変調される。

一方、第１ダイクロイックミラー８を透過した緑色及び赤色波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー１３に照射される。第２ダイクロイックミラー１３は、緑色波長帯域の光を反射し、赤色波長帯域の光を透過する。第２ダイクロイックミラー１３にて反射した緑色波長帯域の光は、コンデンサレンズ１４と入射側偏光板１５を経て緑色光用の透過型の液晶パネル１６に導かれ、ここで映像信号に基づき光変調される。

また、第２ダイクロイックミラー１３を透過した赤色波長帯域の光は、リレーレンズ１７，全反射ミラー１８，リレーレンズ１９，全反射ミラー２０，コンデンサレンズ２１及び入射側偏光板２２を経て赤色光用の透過型の液晶パネル２３に導かれ、ここで映像信号に基づき光変調される。

各液晶パネル１２，１６，２３によって変調された各色映像光は、それぞれ出射側偏光板２４，２５，２６を経て、ダイクロイックプリズム２７によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ２８によって拡大投写され、図示しないスクリーン上に投影表示される。

上記構成の実施形態において、本願発明の要部を具体的に説明すると、図１に示したように、第１，第２フライアイインテグレータ４，５は大きさは異なるが、双方の水平方向のレンズセル数は共に８である。第１光源１ａの光束は、第１フライアイインテグレータ４のフライアイレンズアレイにおける一側半分のレンズセル４１〜４４に入射し、第２光源１ｂの光束は、第１フライアイインテグレータ４のフライアイレンズアレイにおける他側半分のレンズセル４５〜４８に入射する。この時、各光源１ａ，１ｂ毎に第１フライアイインテグレータ出射光束の光軸が後段の光学系光軸ＡＸ側に変位するように、各レンズセル４１〜４８の光軸をオフセットするか、第１フライアイインテグレータ４のフライアイレンズアレイの平面側を凸レンズ形状としておく。

すなわち、上記図１の要部を拡大図示した図２に示すように、第１フライアイインテグレータ４のフライアイレンズアレイにおける一側半分のレンズセル４１〜４４を出射した第１光源１ａの光束は、第２フライアイインテグレータ５のフライアイレンズアレイにおける奇数列のレンズセル５１，５３，５５，５７に分散して入射し、第１フライアイインテグレータ４のフライアイレンズアレイにおける他側半分のレンズセル４５〜４８を出射した第２光源１ｂの光束は、第２フライアイインテグレータ５のフライアイレンズアレイにおける偶数列のレンズセル５２，５４，５６，５８に分散して入射する形状としてある。

さらに、第２フライアイインテグレータ５のフライアイレンズアレイを出射した光束が前述した液晶パネル１２，１６，２３上で重畳・集束するように、第２フライアイインテグレータ５のフライアイレンズアレイにおける各レンズセル５１〜５８の光軸をオフセットするか、第２フライアイインテグレータ５のフライアイレンズアレイの平面側を凸レンズ形状としておく。

以上のように構成することにより、図１，図２に示したように、第２フライアイインテグレータ５を小型化することが可能になって、多灯式の光学系全体の小型化を図ることができると共に、全光源点灯時のみならず各光源点灯時にも、各光源１ａ，１ｂからの光が第２フライアイインテグレータ５の全面に分散して照射されるので、全光源点灯時と各光源点灯時における照度や色度の均一性を等価とすることが可能になる。

また、第１フライアイインテグレータ４の部分領域に照射された各光源１ａ，１ｂからの光を第２フライアイインテグレータ５のフライアイレンズアレイのレンズセルの列アレイに交互に照射するようにしたので、上述した効果を効率良く実現できる。

さらに、第１フライアイインテグレータ４の部分領域に照射された水平横並び２個の第１，第２光源１ａ，１ｂからの光を第２フライアイインテグレータ５のフライアイレンズアレイのレンズセルの列アレイに交互に照射するようにしたので、上述した効果を効率良く且つ容易に実現することができる。

なお、上記実施形態では、２個の第１，第２光源１ａ，１ｂを水平横並びに備えた場合について示したが、２個の第１，第２光源１ａ，１ｂを垂直縦並びに備えた場合には、図２を側面図として見た状態となり、第１フライアイインテグレータ４の部分領域に照射された垂直縦並び２個の第１，第２光源１ａ，１ｂからの光が第２フライアイインテグレータ５のフライアイレンズアレイのレンズセルの行アレイに交互に照射するようになって、上記と同様な作用効果が得られる。

また、光源の数は２個に限らず３個以上でも可能であり、例えば上述した水平横並び２個と垂直縦並び２個を組み合わせて４個の光源とすることは、比較的容易に実現することができる。

また、光学系は図１に示したものに限定されるものではなく、本願発明は各種の光学系を備えたものに適用することができる。

さらに、上記実施形態では、投写型映像表示装置として光変調素子に液晶パネルを用いた液晶プロジェクタを示したが、他の映像光生成系を備える投写型映像表示装置においても本願発明を適用することができる。例えば、ＤＬＰ（Digital Light Processing；テキサス・インスツルメンツ（TI）社の登録商標）方式のプロジェクタにおいても本願発明を適用することができる。

本願発明を２灯３板式の液晶プロジェクタに適用した実施形態の光学系を示した平面図。上記図１の本願発明に係る要部を拡大して詳細に示した平面図。

符号の説明

１ａ第１光源
１ｂ第２光源
４第１フライアイインテグレータ
５第２フライアイインテグレータ
８第１ダイクロイックミラー
１３第２ダイクロイックミラー
１２，１６，２３液晶パネル
２７ダイクロイックプリズム
２８投写レンズ

Claims

照明光学系に光源から照射された光を均一化する第１、第２フライアイインテグレータを備えて、光源から照射された光を映像信号に基づき変調し、変調された映像光を拡大投写する投写型映像表示装置において、
前記光源を２個備える一方、前記第１フライアイインテグレータは、２個の光源が配置されている方向で、各光源から照射された光が全て入射する大きさに形成され、第１フライアイインテグレータの一側半分には、一方の光源から照射された光が入射するように構成されていると共に、第１フライアイインテグレータの他側半分には、他方の光源から照射された光が入射するように構成され、
前記第２フライアイインテグレータは、前記第１フライアイインテグレータよりも小さく形成されていると共に、前記第１、第２フライアイインテグレータのフライアイレンズアレイのレンズセル数は同数に形成され、
前記２個の光源が配置されている方向で、各光源から第１フライアイインテグレータに照射された光は、第２フライアイインテグレータのフライアアイレンズアレイのレンズセルに対して互いに重なることなく交互に照射されるように構成されていると共に、第１フライアイインテグレータによる光束出射角度を、各光源の光軸毎に前記照明光学系の光軸方向に曲げるように構成されていることを特徴とする投写型映像表示装置。