JPH03259131A - 液晶投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は液晶投影装置、特に液晶パネルの透過光を所定
の投影光学系に入射させ、前記液晶パネルに表示された
光学像を所定のスクリーン上に投影する液晶投影装置に
関するものである。

［従来の技術１ 従来より液晶は、低電圧、低消費電力で駆動でき、また
ＬＳＩとの整合性が極めてよく、軽量、薄型化が可能な
表示素子として知られており、また表示面サイズの設計
の自由度が高い。

さらに、液晶を用いた表示パネル（以下液晶パネルとい
う）は、透過光でも反射光でも表示が可能であるという
特徴を有する。

このような利点から、各種電子機器の表示装置など、種
々のデイスプレィシステムに実施されている。

［発明が解決しようとする課題］ 液晶パネルは、液晶を２枚の透明電極の間で電界を与え
ることにより、所定の方向に配向させることにより、光
学的な透過率を変化させ、表示を行なうものであるが、
原理上ないし構造上の理由から、液晶パネルの法線方向
に対しである角度においで最もコントラストのよい光像
が得られるように設計、製造されている。

この最もコントラストのよい光像を得られる角度は、一
般に視野角と呼ばれる。

一般に、電卓などの機器の液晶パネルでは、士数度〜数
十度程度の範囲でほぼ良好な光像が得られるように設計
されている。

ところが、市場に供給されている透過型／反射型の液晶
パネルでは、ある程度の表示コントラストを得るために
は、最低限の角度（数度程度）が要求されていることが
多い。第４図は、−射的なしＣＤパネルの視野角δと、
コントラスとＣｏのある。

反射型のアプリケーションでは、ユーザが直接光像を視
認し、その視認角度がパネルの法線方向であることはむ
しろまれなので、それほど大きな問題は生じないが、透
過型のアプリケーションでは不都合がある。

透過光を用いるアプリケーションには、たとえば液晶プ
ロジェクタがあるが、液晶パネルの透過光を用いて表示
光像を最もコントラストよく表示するためには、液晶パ
ネルに対する照明光の入射角度は、その液晶パネルで決
められた最低の視野角度以上としなければならない。

このため、液晶パネルに表示された光像を投影する光学
系に大きな負担を与えることになる。

液晶パネルに対してＯｏを越える照明光入射角度をもっ
て投影を行なう光学系の配置としては、まず、投影レン
ズの光軸と液晶パネルからの照明（透過）光の主光線方
向を一致（平行に）させた場合には、もっとも効率はよ
いが、レンズ光軸に対してパネルを傾けた配置となり、
チルト（ア才り）投影となる。したがって、スクリーン
上の投影像に非対称な歪みが生じる。

一方、第５図に示すように、投影光学系のレンズＬＬの
光軸に対して液晶パネル２１を垂直に配置することも考
えられる。この場合には、液晶パネルの像がシフト投影
され、チルト投影の場合のような歪みは発生しない。な
お、第５図において、符号ＬＳは光源、ＬＳＣはコンデ
ンサレンズである。

ビデオプロジェクタなどの場合、像の歪みは商品価値を
左右するので、現在では、上記後者の光学系配置が用い
られている。

ところが、シフト投影の場合には、第５図のように、レ
ンズの周辺部分しか使用していないので、明るさに関し
て効率のよい光学系とはいえない。従ってこのような構
成では、明るい投影像を得るためには１画角が大きく、
また、ｆナンバーの小さい投影レンズＬが必要となり、
装置の大型化は避けられず、また設計の難易度も増す、
したがって、製造コストも増大することになる。

本発明の課題は、以上の問題を解決し、簡単安価で、光
学的な効率の高い液晶投影装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段１ 以上の課題を解決するために、本発明においては、液晶
パネルの透過ないし反射光を所定の投影光学系に入射さ
せ、前記液晶パネルに表示された光字像を所定のスクリ
ーン−１−に投影する液晶投影装置番こおいて、前記液
晶パネルが画成する下面に対し、て所定の入射角度をも
つ照明光を入射する手段と、前記液晶パネルが画成する
平面に対しで、ほぼ垂直に光軸を配置させた投影光学系
と、前記液晶パネルと投影光字系の間の所定位置に配置
された偏角プリズムを有し、前記偏角プリズムを介して
前記投影光学系側からみた前記液晶パネルの照明光の光
軸を前記投影光字系の光軸と一致させＬＨ構成を採用し
た。

１作用１ 以上の構成によれば、前記偏角プリズムにより、前記液
晶パネルの照明光が投影光学系に正対した位置から入射
させた場合と同じ状態を作り出すことができる。

一方、液晶パネルに対する照明光は光像のコントラスト
が最も良好な角度に保たれる。

［実施例１ 以下、図面に示す実施例に基づき１本発明な詳細１．二
説明する１、 第１図（Ａ）は、本発明を採用し７だ液晶投影装置の要
部の構成を示している。

図においで符号１１は液晶パネルで、投影光学系のレン
ズＩ、の光軸に対し２゛ｃ直角にバマル面が配置されて
いる。

液晶パネル１１は、δなる入側角度で昭明し、たとき、
最もコントラストの良好な画像が得られるものであり、
第１図に右いて照明光の入射方向は液晶パネル１１の法
線に対しでこの入射角度りをているものとＪる。

一方、投影レンズ１．に対して、第５図のように液晶パ
ネル】１を配置し、シフト投影を行った場合、光学系の
効率が低下するので、本実施例では、液晶パネル１１と
投影系のフィールドレンズＬ２の間に偏角プリズム１２
を配置し、投影レンズｌ、１．フィールドレンズ１．２
の光軸と、これら投影レンズ側から偏角プリズム１２を
介しでみた液晶パネル１１の照明（透過）光の主光線の
到来方向を一致させる。

このような構成によれば、投影レンズ１−１の側からみ
れば、液晶パネル１１は投影レンズ１．の有効なイメー
ジサークルの中心に位置しているのと同じことになり、
従来例のように、光量低ｔ゛の問題も生じることがない
。

従来例以上の明るさでスクリーンＳ十に液晶パネル１１
の表示光像を鮮明に投影できる。また、従来と同等の明
るさが確保できればよいのなら、従来よりｆナンバーの
小さいレンズ、あるいは、光量の少ない照明系を用いる
ことができ、コストダウン、装置の小型軽量化、低消費
電力化が図れる。

なお、偏角プリズム１２の頂角θと、液晶パネル１１に
対する好ましい照明光入射角度δ、および偏角プリズム
１２の屈折率ｎの関係は、次のように示される（頂角θ
が小さい場合）。

δ＝（ｎ−１）θ たとえば、最適な照明光入射角度がδ＝３°、偏角プリ
ズム１２（ガラス）の屈折率ｎ　＝　１．５２とすると
、偏角ブリズｈ　ｌ　２のｍ角ｅ　Ｌ：ｊｔ、　９７°
となる。

なお、第１図（Ａ）では、フィールドレンズＬ。

２と偏角プリズム１２を別体と［７かが、これらを第１
図（Ｂ）に示すように一体化しても良い。この場合、偏
角プリズム部分Ｘとフィールドｌノン１部分Ｙは、貼り
合せ、あるいは一体素材からの研磨などにより一体化さ
れる。この構成では、組立時に位置決めすべき部品の点
数が減少し、実装上有利である。

なお、以上では、液晶パネル１．１と投影レンズＬの量
器４：偏角プリズム１２を配置する構成を例示したが、
第２図に示すように、液晶パネル１１の表面あるいは裏
面のガラスへ−ス１．８（１９）にスラント角を与えて
、これを偏角プリズムとして機能させるようにしでもよ
い。このような構成によって、照明、表示、光学系全体
の構成をより簡略化することができる。なお、第２図に
おいて、符号Ｉ５は液晶を保持するガラス板、１６．１
７は互いに偏光方向が直角な偏光板である。

第２図のような、ＬＣＤパネル一体型の偏角ブＪズムを
用いた場合、第３図のような構成が考えられる。ここで
は、ＬＣＤ素子の表裏のガラス板を偏角プリズム１８ａ
、１８ｂとし、偏角プリズム１８ａで一旦ＬＣＤパネル
１１に対する照明光入射角度にコントラスト確保に必要
な角度（前記のδ）を得た後、偏角プリズム１８ｂによ
り、再度投影系光軸に対して平行な光線に戻している。

このような構成によれば、照明系の光軸と、投影系の光
軸を、ＬＣＤパネル１１の前後でほぼ平行（−直線上）
に配置することができる。

従って、第３図の構成によれば、投影系の効率のみなら
ず、照明系の効率を向上させることができ、＠記実施例
よりも有利な条件で投影が可能である。当然、第１図（
Ａ）と同じ投影系であればより明るい投影像が得られ、
あるいはレンズ口径を小さくするなどの節約が可能とな
る。又、各光学素子配設のための空間も節約できる。

以上では、ＬＣＤパネル１枚を用いる投影装置を考えた
が、例えば、カラー投影装置では、３原色の画像をそれ
ぞれ別の（３枚の）ＬＣＤパネルを用いて表示し、その
透過光像を所定の光学系を介して合成する。このような
装置でも、個々のＬＣＤパネルに前述の各実施例の構成
を何ら変更することな〈実施できるのはいうまでもない
。

また、ビームスプリッタを用いて照明光をＬＣＤパネル
に入射し、ＬＣＤパネル裏面の反射板での反射光（ＬＣ
Ｄパネルの透過光）を偏光ビームスプリッタ２２、投影
レンズを介して投影する構成（日経メカニカル１９８９
年１２月２５日号）があるが、このような投影系におい
ても、第３図に示すような偏角プリズムをＬＣＤパネル
の前後に配置することで、照明系、投影系の効率を損な
わずにＬＣＤパネルのコントラストが良好となる照明光
入射角度を確保できる。

［発明の効果］ 以上から明らかなように１本発明によれば、液晶パネル
の透過ないし反射光を所定の投影光学系に入射させ、前
記液晶パネルに表示された光学像を所定のスクリーン上
に投影する液晶投影装置において、前記液晶パネルが画
成する平面に対して所定の入射角度をもつ照明光を入射
する手段と、前記液晶パネルが画成する平面に対して、
ほぼ垂直に光軸を配置させた投影光学系と、前記液晶パ
ネルと投影光学系の間の所定位置に配置された偏角プリ
ズムを有し、前記偏角プリズムを介して前記投影光学系
側からみた前記液晶パネルの照明光の光軸を前記投影光
学系の光軸と一致させた構成を採用しているので、前記
偏角プリズムにより、前記液晶パネルの照明光が投影光
学系に正対した位置から入射させた場合と同じ状態を作
り出すことができるとともに、一方、液晶パネルに対す
る照明光は光像のコントラストが最も良好な角度に保た
れるので、投影光学系の性能を有効に利用でき、小型軽
量かつ簡単安価、また低消費電力の照明系により、明る
（かつ鮮明な画像を投影できるという優れた効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明を採用した液晶投影装置の要部を
示した説明図、第１図（Ｂ）は本発明の異なる実施例を
示した説明図、第２図は本発明の異なる実施例における
液晶パネルを示した説明図、第３図は本発明の異なる実
施例における液晶投影装置を示した説明図、第４図は液
晶パネルの視野角とコントラストの関係を示す線図、第
５図は従来の液晶投影装置の構成を示した説明図である
。 Ｓ−・スクリーン　　　　　Ｌ・・・投影レンズ１１．
２１・・・液晶パネル　１２・・−偏角プリズム１５−
・ガラス板　　　　　１６．１７・・−偏光板１８．１
９−・ベース

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）液晶パネルの透過光を所定の投影光学系に入射させ
   、前記液晶パネルに表示された光学像を所定のスクリー
   ン上に投影する液晶投影装置において、 前記液晶パネルが画成する平面に対して所定の入射角度
   をもつ所定の照明手段の照明光を入射する手段と、 前記液晶パネルが画成する平面に対して、ほぼ垂直に光
   軸を配置させた投影光学系と、 前記液晶パネルと投影光学系の間の所定位置に配置され
   た偏角プリズムを有し、 前記偏角プリズムを介して前記投影光学系側からみた前
   記液晶パネルの照明光の光軸を前記投影光学系の光軸と
   一致させたことを特徴とする液晶投影装置。 ２）前記投影光学系の光軸と、前記照明手段の光軸がほ
   ぼ平行に配置され、しかも前記液晶パネルに対する所定
   の入射角度を保つよう、前記偏角プリズムが前記液晶パ
   ネルの前後に配置されることを特徴とする請求項第１項
   に記載の液晶投影装置。 ３）前記偏角プリズムが、投影光学系内の所定素子と一
   体化されることを特徴とする請求項第１項または第２項
   に記載の液晶投影装置。 ４）前記偏角プリズムが、前記液晶パネルを構成する単
   数または複数の所定素子と一体化されることを特徴とす
   る請求項第１項または第２項に記載の液晶投影装置。 ５）前記液晶パネル、偏角プリズムおよび照明手段が複
   数設けられ、各液晶パネルの表示像の合成像をスクリー
   ンに投影する投影光学系を有することを特徴とする請求
   項第１項から第３項までのいずれか１項に記載の液晶投
   影装置。