JPH05203907A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ターゲット有効面積率を向上させて高輝度化を
図る。 【構成】リフレクタ２からの光は集光ミラー31によって
反射して各コンデンサレンズ６，９，11を夫々介して液
晶パネル７，10，12の入射面に入射する。集光ミラー31
は光軸32に対して４５゜傾斜した平面からθ゜だけ傾斜
した２つの反射面を有しており、各反射面からの反射光
は液晶パネル７，10，12の入射面の中心を通過する光軸
方向に２θ゜だけ傾斜する。これにより、液晶パネル
７，10，12の入射面には２つの光束が中心近傍で重なり
あって入射し、液晶パネル７，10，12の入射面に入射す
る光量が増大して光の利用率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投写型表示装置に関
し、特に、液晶パネルをライトバルブとして用い高品位
テレビジョン映像を投写するものに好適の投写型表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大画面化の要求に伴い、スクリー
ン上に映像を投写するプロジェクション受像機が普及し
てきている。このプロジェクション受像機においては薄
型軽量であること等の理由から、ライトバルブとして透
過形の液晶パネルを使用したものがある。

【０００３】図７はこのような液晶パネルを用いた従来
の投写型表示装置を示す説明図であり、３板式を採用し
た例を示している。

【０００４】リフレクタ２は光源１からの白色光を集光
して反射し、ミラー３には光源１及びリフレクタ２から
の白色光が入射する。ミラー３からの集光された白色光
は青色光を反射するダイクロイックミラー４に入射す
る。ダイクロイックミラー４からの青色の反射光はミラ
ー５で反射してコンデンサレンズ６を介してＢ軸用の液
晶パネル７に入射する。ダイクロイックミラー４の透過
光は緑色光を反射するダイクロイックミラー８に入射す
る。ダイクロイックミラー８の緑色反射光はコンデンサ
レンズ９を介してＧ軸用の液晶パネル10に入射し、赤色
の透過光はコンデンサレンズ11を介してＲ軸用の液晶パ
ネル12に入射する。

【０００５】液晶パネル７，10，12は図示しない駆動回
路から駆動用の信号を入力している。すなわち、駆動回
路は、映像信号に基づいたＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ
（青）信号を生成し、このＲ，Ｇ，Ｂ信号と走査信号と
を夫々供給して液晶パネル７，10，12を駆動している。
これにより、Ｒ軸用の液晶パネル12はＲ映像光を出射
し、Ｇ軸用の液晶パネル10はＧ映像光を出射し、Ｂ軸用
の液晶パネル７はＢ映像光を出射する。Ｒ軸液晶パネル
12からのＲ映像光はミラー13で反射して合成ミラー14に
入射し、Ｇ軸及びＢ軸液晶パネル10，７からのＧ，Ｂ映
像光は緑・青合成ミラー15において合成した後、合成ミ
ラー14に入射する。合成ミラー14はＲ，Ｇ，Ｂ映像光を
光学的に合成する。合成ミラー14からの映像光は投写レ
ンズ16で拡大して図示しないスクリーンに投写する。こ
うして、スクリーン上にはカラー映像が映出される。

【０００６】図８は各液晶パネルの入射面に入射する光
束を説明するための説明図である。図８（ａ）はＮＴＳ
Ｃ映像を表示する液晶パネルを示し、図８（ｂ）は高品
位テレビジョン映像を表示する液晶パネルを示してい
る。

【０００７】図８（ａ）に示すＮＴＳＣ映像用の液晶パ
ネルの入射面21のアスペクト比は４：３である。この入
射面21の全域に各コンデンサレンズ11，９，６からの光
を入射させる。入射光の効率を向上させるためにはコン
デンサレンズ11，９，６からの光束22を入射面21に外接
させればよい。しかしながら、この場合でも、入射面21
と同一平面で切断した光束22の面積（図８（ａ）の円の
面積）と入射面21の面積との比（以下、ターゲット有効
面積率という）は０．６１１であり、リフレクタ２によ
って集光した光が有効に利用されているとは言えない。

【０００８】また、図８（ｂ）に示す高品位テレビジョ
ン映像用の液晶パネルの入射面23のアスペクト比は１
６：９である。この場合、光束24を入射面23に外接させ
た場合でも、ターゲット有効面積率は０．５４４であ
り、リフレクタで集光した光の利用効率が極めて低い。

【０００９】更に、実際には、輝度むらを抑制するため
に光束24の入射面23における断面を一層大きく設定する
ので、アスペクト比が１６：９の入射面における有効面
積率は約０．３１６となり、光の利用効率が極めて低
い。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、上述した
従来の投写型表示装置においては、リフレクタで集光し
た光の利用効率が低く高輝度化が困難であるという問題
点があった。

【００１１】本発明は、ターゲット有効面積率を向上さ
せることにより入射光を有効利用して高輝度化を可能に
することができる投写型表示装置を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る投写型表示
装置は、ランプからの光を集光して出射するリフレクタ
と、入射した光を映像信号に基づく透過率で出射してス
クリーン上に表示させるディスプレイ素子と、前記リフ
レクタからの光を反射角度が相違する複数の反射面で反
射させ各反射光を前記ディスプレイ素子の表示画面内に
集光するミラーとを具備したものである。

【００１３】

【作用】本発明において、リフレクタからの光はミラー
によって反射してディスプレイ素子の入射面に入射す
る。ミラーは反射角度が相違する複数の反射面を有して
おり、例えば、リフレクタからの光の光軸近傍を境界と
する２つの反射面を有している場合には、リフレクタか
らの断面が円形状の光はこれらの２つの反射面によって
断面が半円状の光束となる。そして、これらの光束はデ
ィスプレイ素子の入射面においてその円弧側が重なって
入射する。これにより、ディスプレイ素子の入射面のア
スペクト比が横長である場合でも光の利用効率が向上す
る。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明に係る投写型表示装置の一実
施例を示す説明図である。図１において図７と同一の構
成要素には同一符号を付してある。

【００１５】白色ランプ１としてはメタルハライド等を
採用しており、白色ランプ１は高輝度の白色光を出射す
る。白色ランプ１の位置が略その焦点となるように、白
色ランプ１の周囲にリフレクタ２を配設する。リフレク
タ２は反射面が例えば放物面等によって形成しており、
白色ランプ１からの光を反射して略平行光にして開口面
に垂直な方向に出射する。

【００１６】本実施例においては、リフレクタ２の前方
には集光ミラー31を配設する。集光ミラー31は、平板上
の所定の直線において屈曲した“く”字状に形成して、
リフレクタ２からの白色光を異なる方向に反射させる２
つの反射面を有している。集光ミラー31の各反射面の境
界はリフレクタ２からの白色光の光軸32上に位置し、各
反射面は光軸32に対して４５゜傾斜した平面から角度θ
だけ傾斜している。

【００１７】集光ミラー31の反射光は青色光を反射する
ダイクロイックミラー４に入射する。ダイクロイックミ
ラー４は青色光を反射させる。ダイクロイックミラー４
の反射光の光軸上にはミラー５を配設しており、ミラー
５の反射光の光軸上にはコンデンサレンズ６及びＢ軸用
の液晶パネル７を配設している。

【００１８】ダイクロイックミラー４の透過光の光軸上
には緑色光を反射するダイクロイックミラー８、コンデ
ンサレンズ11、Ｒ軸用の液晶パネル12及びミラー13を配
設している。ダイクロイックミラー８の緑色の反射光の
光軸上で、且つ、ミラー５の反射光の光軸上には緑・青
合成ミラー15を設けており、ミラー８，15相互間にはコ
ンデンサレンズ９及びＧ軸用の液晶パネル10を介挿して
いる。なお、集光ミラー31から各液晶パネル７，10，12
の入射面までの距離は同一となるように配設している。

【００１９】コンデンサレンズ６，９，11は入射した光
を集光して夫々液晶パネル７，10，12の入射面に与え
る。液晶パネル12，10，７は夫々図示しない駆動回路か
らＲ信号、Ｇ信号及びＢ信号が与えられると共に走査信
号が供給されて駆動され、出射面からＲ映像光、Ｇ映像
光及びＢ映像光を夫々出射するようになっている。緑・
青合成ミラー15は、液晶パネル７，10からのＢ，Ｇ映像
光を光学的に合成して合成ミラー14に出射する。Ｒ軸用
の液晶パネル12からのＲ映像光はミラー13で反射する。
ミラー13の反射光の光軸上で、且つ、ミラー15の出射光
の光軸上には合成ミラー14を設けており、合成ミラー14
はミラー13，15の出射光を合成して投写レンズ16に出射
する。投写レンズ16は入射された光を図示しないスクリ
ーン上に拡大投写するようになっている。

【００２０】図２は液晶パネル12，10，７の入射面に入
射する光束を説明するための説明図である。図２（ａ）
は光軸を含む面で切断した光線の軌跡を示し、図２
（ｂ）は液晶パネルの入射面を含む面で切断した光束の
断面を示している。なお、図２ではミラー及びコンデン
サレンズを省略してある。

【００２１】リフレクタ２からの白色光は集光ミラー31
によって反射して液晶パネルの入射面35に入射する。集
光ミラー31の反射光の光軸36は光軸32に対して垂直であ
り、光軸36は液晶パネルの入射面35の中心を通過する。
なお、図２の液晶パネルの入射面35のアスペクト比は横
長の例えば１６：９である。集光ミラー31が光軸32に４
５゜傾斜した平面からθ゜だけ各反射面を傾斜させて設
けてあるので、集光ミラー31の反射光の光線37は光軸36
に対して２θ゜だけ傾斜する。また、リフレクタ２から
の光の断面が円形状であるとすると、各反射面からの各
光束は断面が半円状となる。ここで、集光ミラー31が光
軸32に対して４５゜傾斜した平面で構成した場合の反射
光の光線と液晶パネルの入射面35との交点から、光線37
と液晶パネルの入射面35との交点までの距離をｄとす
る。距離ｄは、光束の円弧と液晶パネルの入射面35の中
心とのずれ、すなわち、光束の光軸36中心側へのシフト
量を示しており、集光ミラー31から液晶パネルの入射面
35までの距離をＬとすると、下記式（１）によって示す
ことができる。集光ミラー31の各反射面からのこれらの
光束は、光軸36中心側にずれるので、液晶パネルの入射
面35上では、図２（ｂ）に示すように、相互に２ｄだけ
重なりあう。

【００２２】 ｄ＝Ｌ×ｔａｎ２θ …（１） 逆に、距離ｄを決定すると、上記式（１）から集光ミラ
ー31の各反射面の傾きθを下記式（２）によって求める
ことができる。なお、距離ｄは液晶パネルの入射面のア
スペクト比に基づいて決定する。

【００２３】 次に、このように構成された実施例の動作について説明
する。

【００２４】リフレクタ２は白色ランプ１からの白色光
を反射させて前方に出射する。リフレクタ２からの光は
集光ミラー31によって反射してダイクロイックミラー４
に入射し、ダイクロイックミラー４は青色光を分離して
ミラー５に出射する。ミラー５の反射光がコンデンサレ
ンズ６を介して液晶パネル７の入射面に入射する。ダイ
クロイックミラー４の透過光はダイクロイックミラー８
によって緑色光と赤色光とに分離される。緑色光はコン
デンサレンズ９を介して液晶パネル10の入射面に入射
し、赤色光はコンデンサレンズ11を介して液晶パネル12
の入射面に入射する。

【００２５】本実施例においては、図２（ｂ）に示すよ
うに、液晶パネル７，10，12の各入射面には、断面が半
円状で円弧側が相互に２ｄだけ重なりあう２つの光束が
入射する。いま、集光ミラー31から各液晶パネル７，1
0，12までの距離を３５０ｍｍとし、集光ミラー31の各
反射面と光軸32から４５゜傾斜した平面との成す角度θ
を２度とする。この場合には、集光ミラー31の各反射面
からの反射光は光軸36に対して４゜傾斜し、各液晶パネ
ルの入射面では各２つの光束中心は液晶パネル入射面の
中心側に約２４ｍｍシフトする。すなわち、各光束の円
弧側が約４８ｍｍ重なりあう。

【００２６】また、例えば、集光ミラー31の各反射面の
成す角度θを３度にすると、集光ミラー31の各反射面か
らの反射光は光軸36中心側に６゜傾斜し、各液晶パネル
７，10，12の入射面上では３７ｍｍ光軸36中心側にシフ
トする。つまり、この場合には、各光束の円弧側は約７
４ｍｍ重なりあう。

【００２７】各液晶パネル７，10，12の各入射面のアス
ペクト比を１６：９、画面サイズを３インチとし、集光
ミラー31からの各光束の液晶パネルの入射面における半
径を５０ｍｍとすると、断面が円状の光束を入射する従
来例ではターゲット有効面積率が３１．６％であるのに
対し、θを２゜とした本実施例ではターゲット有効面積
率を４６．３％とすることができる。液晶パネルの入射
面のアスペクト比に応じてθを適宜設定することによ
り、最良のターゲット有効面積率を得ることができる。

【００２８】３軸の液晶パネル12，10，７は夫々、Ｒ，
Ｇ，Ｂ映像信号が与えられて、映像信号に基づいて入射
光の透過光量を制御してＲ映像光、Ｇ映像光及びＢ映像
光を出射する。液晶パネル７，12からのＢ，Ｇ映像光は
合成ミラー15によって合成して合成ミラー14に与え、液
晶パネル12からのＲ映像光はミラー13によって反射して
合成ミラー14に与える。合成ミラー14はＲ，Ｇ，Ｂ映像
光を光学的に合成して投写レンズ16に与えて図示しない
スクリーンに拡大投写させる。集光ミラー31からの光の
各液晶パネル７，10，12の入射面における利用率が極め
て高いので、液晶パネル７，10，12からの映像光の光量
は大きく、スクリーン上に高輝度の映像を映出すること
が可能となる。

【００２９】図３は集光ミラー31からの反射光のコンデ
ンサレンズ６への入射状態を示す説明図である。他のコ
ンデンサレンズ９，11についても同様であり、図示を省
略する。

【００３０】上述したように、リフレクタ２からの白色
光は集光ミラー31の２つの反射面によって、液晶パネル
７の入射面の中心を通過する光軸36側に傾斜して反射す
る。すなわち、θを適宜設定することによって、各反射
面からの各光束の主光軸41，42を光軸36上の所定の点で
交差させることができる。この主光軸41，42同士の交点
をコンデンサレンズ６の焦点43と一致させることによ
り、コンデンサレンズ６の出射光を略平行光線にするこ
とができ、液晶パネル７の入射面に対して略垂直な光を
入射することができる。

【００３１】液晶パネルは入射面に垂直でない角度で光
を入射すると、入射光を反射させてしまい光の透過率が
低下してしまう。本実施例ではコンデンサレンズ６から
液晶パネル７の入射面に垂直な光を入射させることがで
き、光利用率を向上させて、一層の高輝度化が可能であ
る。

【００３２】ところで、従来は各液晶パネルに入射する
光束の断面は円状であるので、輝度分布は画面中央で極
めて高くなってしまう。これに対し、本実施例において
は、各液晶パネルの入射面には断面が半円形状の光束が
円弧側を重ねあって入射するので、画面の水平方向の端
部においても比較的輝度が高く、輝度の変化がなだらか
となって所謂ホットバンドが軽減されるという効果もあ
る。

【００３３】このように、本実施例においては、リフレ
クタ２からの白色光を反射方向が異なる２つの反射面を
有する集光ミラー31によって反射させることによって、
各反射面からの反射光を光軸側に傾斜させており、液晶
パネルの入射面において各反射光を入射面中心側にシフ
トさせているので、ターゲット有効面積率を向上させる
ことができる。特に、アスペクト比が１６：９の液晶パ
ネルではアスペクト比が４：３の液晶パネルよりも集光
率を改善することができ、高品位テレビジョン放送に好
適である。更に、コンデンサレンズ６の出射光を略平行
にして、各液晶パネルの入射面に垂直な光を入射させる
ことができ、一層の高輝度化が可能である。

【００３４】図４は本発明の他の実施例を示す説明図で
ある。図４において図１と同一の構成要素には同一符号
を付して説明を省略する。

【００３５】本実施例は集光ミラー31に代えて集光ミラ
ー61を設けた点が図１の実施例と異なる。集光ミラー61
はリフレクタ２の前方に配設して、リフレクタ２からの
白色光を反射させてダイクロイックミラー４側に出射す
る。集光ミラー61は、平板を表面上の端部の所定の２直
線において屈曲させて３つの反射面61ｃ，61ｕ，61ｄを
形成している。集光ミラー61の中央の反射面61ｃはリフ
レクタ２からの光の光軸62に対して４５゜傾斜し、端部
の２つの反射面61ｕ，61ｄは中央の反射面61ｃに対して
角度θだけ傾斜している。なお、中央の反射面61ｃの中
心は光軸62上に位置し、中央の反射面61ｃと端部の反射
面61ｕ，61ｄとの各境界は各液晶パネル７，10，12のア
スペクト比に応じた位置に設定している。

【００３６】次に、このように構成された実施例の作用
について図５の説明図を参照して説明する。図５（ａ）
は光軸を含む面で切断した光線の軌跡を示し、図５
（ｂ）は液晶パネルの入射面を含む面で切断した光束の
断面を示している。なお、図５ではミラー及びコンデン
サレンズは省略している。

【００３７】リフレクタ２は断面が円形状の光を出射す
る。この光の光軸62近傍は集光ミラー61の反射面61ｃに
よって光軸62の垂直方向に反射し、液晶パネルの入射面
35に入射する。反射面61ｃからの光束65は液晶パネルの
入射面35を含む面で切断すると、図５（ｂ）に示すよう
に、円を中心からの距離が同一の平行な２直線で切断し
た形状となる。

【００３８】一方、リフレクタ２出射面の端部からの光
は集光ミラー61の端部の反射面61ｕ，61ｄによって反射
する。反射面61ｕ，61ｄと反射面61ｃとの成す角度をθ
゜とすると、反射面61ｕ，61ｄの反射光の光線67，68
は、夫々集光ミラー61の反射光の光軸66に対して２θ゜
だけ傾斜する。すなわち、集光ミラー61端部の反射面61
ｕ，61ｄの反射光は、図１の実施例と同様に、光軸66側
にシフトし、液晶パネル入射面35における断面形状は、
図５（ｂ）の破線に示すように、円弧状となる。なお、
反射面61ｕ，61ｄのシフト量ｄは、図１の実施例と同様
に、上記式（１）によって示すことができる。また、距
離ｄを決定すると、上記式（２）から反射面61ｕ，61ｄ
の傾きθを求めることができる。

【００３９】こうして、反射面61ｃの反射光の光束65と
反射面61ｕ，61ｄの光束67，68とは液晶パネルの入射面
35上で重なり合い、ターゲット有効面積率が向上する。
例えば、集光ミラー61から各入射面までの距離を３５０
ｍｍとし、液晶パネル７，10，12の各入射面のアスペク
ト比を１６：９とし、画面サイズを３インチとし、光束
65の半径を５０ｍｍとすると、θを２゜とした本実施例
ではターゲット有効面積率を４８％まで向上させること
ができる。また、反射面61ｃの反射光は液晶パネルの入
射面の全域に入射し、輝度が低下する画面周辺部には、
反射面61ｕ，61ｄの反射光の光束が入射するので、輝度
むらも改善することができる。

【００４０】ところで、輝度むらを考慮した場合には従
来光束を入射面に外接させることができなかったことと
同様に、図１の実施例においては、図２（ｂ）に示すよ
うに、半円状の光束37を重ね合わせて入射面35に入射さ
せており、輝度むらを考慮すると、各半円の直径を入射
面35の対角線の長さと一致させることができない。これ
に対し、図４の実施例においては、図５（ｂ）に示すよ
うに、光束65によって入射面35の全域を照射し、更に、
円弧状の光束67，68によって入射面35を照射しているの
で、光束65を入射面35に外接させるようにした場合でも
輝度むらを抑制することができる。この場合には、従来
例（図８（ｂ）参照）におけるターゲット有効面積率が
５４．４％であるのに対し、本実施例では、ターゲット
有効面積率を９０％以上にすることができる。

【００４１】図６は図４の実施例において最良の光利用
率を得る状態を示す説明図である。図６（ａ），（ｂ）
は夫々図５（ａ），（ｂ）に対応している。

【００４２】図６においては、反射面61ｕ，61ｄの角度
θを適宜設定して、反射面61ｕの反射光の主光軸71（破
線）と反射面61ｄの反射光の主光軸72（破線）との交点
をコンデンサレンズ６の焦点43近傍の光軸66（一点鎖
線）上に位置させている。そうすると、図３に示したよ
うに、コンデンサレンズ６からの出射光は略平行光とな
って入射面35に入射する。各液晶パネル７，10，12の入
射面に入射する光が略平行光となるので、光の利用効率
は極めて高い。なお、この場合には、光束67，68のシフ
ト量ｄは大きくなって、入射面35においては、光束67，
68の上下が図５とは逆になる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、タ
ーゲット有効面積率を向上させることにより入射光を有
効利用しているので、高輝度化が可能となるという効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る投写型表示装置の一実施例を示す
ブロック図。

【図２】図１中の液晶パネルの入射面に入射する光束を
説明するための説明図。

【図３】図１中の集光ミラーからの反射光の各コンデン
サレンズへの入射状態を示す説明図。

【図４】本発明の他の実施例を示す説明図。

【図５】図４中の液晶パネルの入射面に入射する光束を
説明するための説明図。

【図６】図４中の液晶パネルの入射面に入射する光束を
説明するための説明図。

【図７】従来の投写型表示装置を示す説明図。

【図８】図７中の各液晶パネルの入射面に入射する光束
を説明するための説明図。

【符号の説明】

１…ランプ、２…リフレクタ、６，９，11…コンデンサ
レンズ、７，10，12…液晶パネル、31…集光ミラー、32
…光軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ 9068−5Ｃ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ランプからの光を集光して出射するリフ
   レクタと、 入射した光を映像信号に基づく透過率で出射してスクリ
   ーン上に表示させるディスプレイ素子と、 反射角度が相違する複数の反射面を有し前記リフレクタ
   からの光を前記各反射面で反射させて各反射光が前記デ
   ィスプレイ素子の入射面の表示画面内に集光するように
   配設するミラーとを具備したことを特徴とする投写型表
   示装置。
2. 【請求項２】 前記ミラーから前記ディスプレイ素子ま
   での光路上に配設しその焦点が前記ミラーの各反射光の
   各主光軸と前記光軸との交点に一致するコンデンサレン
   ズを具備したことを特徴とする請求項１に記載の投写型
   表示装置。
3. 【請求項３】 ランプからの光を集光して出射するリフ
   レクタと、 入射した光を映像信号に基づく透過率で出射してスクリ
   ーン上に表示させるディスプレイ素子と、 前記リフレクタからの光を反射させて前記ディスプレイ
   素子の入射面に集光する第１の反射面とこの第１の反射
   面に対して所定角度傾斜して前記リフレクタからの光を
   前記第１の反射面とは異なる反射角度で反射させて前記
   ディスプレイ素子の入射面に集光させる複数の第２の反
   射面とを有するミラーとを具備したことを特徴とする投
   写型表示装置。