JPH06242411A

JPH06242411A - ライトバルブ装置および該装置を用いた表示装置

Info

Publication number: JPH06242411A
Application number: JP5026425A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Fushimi; 吉正伏見; Yoshito Miyatake; 義人宮武
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【目的】明るく高画質の投写画像を表示できる投写型
表示装置を提供する。【構成】入射光側から順に、レンズアレイ板１０２、
ミラー板１０３、液晶パネル１０４を配置し、ミラー板
１０３の反射膜１２３の各開口は第１のレンズアレイ１
１９の正レンズ素子１１７の焦点近傍にある。第２レン
ズアレイ１２１の各正レンズ素子１２２は反射膜１２３
の開口と同一の配置である。【効果】第１レンズアレイ１１９によりミラー板１０
３の各開口１２４に光源に対応する複数の微小光源像が
形成される。各微小光源像からの出射光が液晶パネル１
０４の遮光膜１１２に入射して、第２レンズアレイ１２
１により光線の広がり角を小さくして、開口１１４より
画素１１３に入射する。非開口部に入射する光線は遮光
膜１１２の非開口部と反射膜１２３の非開口部の間の多
重反射により、実効開口率を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ライトバルブ装置およ
びそのライトバルブ装置を用いた投写型表示装置および
ビューファインダ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大画面映像を得るために、ライトバルブ
に映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に光を
照射し投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する方
法が従来よりよく知られている。最近では、ライトバル
ブとして液晶パネルを用いる投写型表示装置が提案され
（例えば、特開昭６２−１３３４２４号公報、特開平２
−２５００１５号公報など）、セット全体がコンパクト
になるという点で注目されている。

【０００３】液晶パネルは、高画質の投写画像を得るた
めに、液晶材料としてツイストネマティック（ＴＮ）液
晶を用い、各画素にスイッチング素子としてＴＦＴを設
けたアクティブマトリックス型を用い、赤用、緑用、青
用として３枚の液晶パネルを用いるのが主流となりつつ
ある。

【０００４】液晶パネルを用いた投写型表示装置の光学
系の従来の構成例を（図１５）に示す。光源１１から出
た光は、ダイクロイックミラー１２，１３と平面ミラー
１４で構成される色分解光学系に入射し、赤、緑、青の
３原色の光に分解される。各原色光は、それぞれフィー
ルドレンズ１５，１６，１７を透過した後に、それぞれ
入射側偏光板１８，１９，２０を透過し、液晶パネル２
１，２２，２３に入射する。映像信号に応じて液晶パネ
ル２１，２２，２３に旋光性の変化として形成された光
学像は、入射側偏光板１８，１９，２０と出射側偏光板
２４，２５，２６の作用により透過率の変化した光学像
となる。液晶パネル２１，２２，２３からの出射光は、
ダイクロイックミラー２７，２８と平面ミラー２９で構
成される色合成光学系により１つの光に合成される。合
成された光は投写レンズ３０に入射し、３つの液晶パネ
ル２１，２２，２３上の光学像は、投写レンズ３０によ
りスクリーン上に拡大投写される。

【０００５】ＴＦＴ液晶パネルの構成を（図１６）に示
す。２枚のガラス基板４１，４２と周辺部のシール樹脂
により密閉空間を形成し、内部にＴＮ液晶４３を封入し
ている。入射側ガラス基板４１の液晶層４３側には透明
導電性膜による共通電極４４が設けられ、出射側ガラス
基板４２の液晶層４３側には透明導電性膜による画素電
極４５がマトリックス状に形成され、各画素電極４５の
近傍にはスイッチング素子としてＴＦＴ４６が形成され
ている。共通電極４４と画素電極４５の上には、ＴＮ液
晶を所定の状態に配向するために配向膜が形成されてい
る。液晶パネルの入射側と出射側には吸収軸を所定の方
向に向けて偏光板４７，４８が配置される。液晶パネル
には強烈光が入射するが、この強烈光によるＴＦＴ４６
の誤動作を防ぐために、入射側ガラス基板４１の液晶層
４３側にＴＦＴ４６と配線を遮光する金属薄膜による遮
光膜４９が形成されている。ＴＦＴ４６を介して各画素
に信号電圧を印加すると、各画素の液晶層の旋光性が変
化し、２枚の偏光板４７，４８の作用により各画素の透
過率を制御することができる。こうして、液晶パネルに
透過率の変化として画像が表示される。

【０００６】ところで、（図１６）に示した構成でＴＦ
Ｔ液晶パネルが利用する光は、遮光膜４９の開口５０を
透過する光だけであり、投写画像の明るさは液晶パネル
の開口率（表示領域の全面積に対する遮光膜４９の開口
５０すべての面積の比）に比例する。遮光膜４９の非開
口部５１に入射する光も利用できれば、投写画像を明る
くすることができ、エネルギー利用効率も向上する。そ
こで、液晶パネルの入射側に第１のレンズアレイ板を近
接配置することにより投写画像を明るくする方法が提案
されている（例えば、特開平１−１８９６８５号公報、
特開平２−２６２１８５号公報など）。

【０００７】液晶パネルに第１のレンズアレイ板を組み
合わせたライトバルブ装置の構成例を（図１７）に示
す。第１のレンズアレイ板６１は、透明基板６２の液晶
パネル６３側の面に複数の正レンズ素子６４をマトリッ
クス状に形成したものである。第１のレンズアレイ板６
１は、正レンズ素子６４と液晶パネル６３の画素５０が
対応するように、近接して配置される。第１のレンズア
レイ板６１に入射する光は、正レンズ素子６４により集
束光に変換され、画素５０に入射する。このように第１
のレンズアレイ板を組み合わせることにより、遮光膜４
９の非開口部５１に入射する光が開口５０に入射するの
で、液晶パネル６３の実効開口率が向上し、投写画像が
明るくなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】（図１７）に示した構
成で、高精細の投写画像を得るには、液晶パネルの画素
数を増大させるとよい。液晶パネルの表示画面寸法が同
じであれば、画素ピッチを小さくすることになる。この
場合、次のような問題が発生する。

【０００９】第１のレンズアレイを用いる場合、液晶パ
ネル６３の画素５０上に光源の縮小された実像が形成さ
れる。この実像の寸法が画素５０の寸法より大きい場合
には、平行光を入射した場合の実効開口率は向上するも
のの、投写画像は明るくならない。光源の実像の寸法を
小さくするには、第１のレンズアレイ板６１の正レンズ
素子６４の焦点距離を短くする必要があり、それには入
射側ガラス基板４１を薄くする必要がある。しかし、入
射側ガラス基板４１を薄くすると、液晶層４３の厚さを
均一にすることが困難となる。そのため、入射側ガラス
基板４１の内部にレンズ素子を配置する方法が提案され
ている（特開平２−３０２７２６号公報）。

【００１０】ところが、イオン交換法により屈折率分布
型の第１のレンズアレイを作成する場合、ガラス基板と
してアルカリイオンを含むガラスを用いる必要がある
が、アルカリイオンの溶出によりＴＦＴの特性が劣化す
るという問題がある。また、第１のレンズアレイを２枚
のガラス基板の間に形成する場合、屈折率の異なる材料
を組み合わせる必要があるが、熱膨張率が異なるため
に、広い温度範囲で液晶層の厚さを均一にすることが困
難である。いずれにしても、入射側ガラス基板の内部に
正レンズ素子を形成する方法では、液晶パネルに高画質
の画像を表示することが困難である。結局、高精細で明
るい投写画像を得ることは困難という問題があった。

【００１１】また、ビデオカメラは、可搬性を良好にす
るために全体を小型軽量にする必要があり、全体を小型
にするためにビューファインダに液晶パネルを用いるこ
とが考えられている。ビューファインダを小型軽量に
し、液晶パネルに高画質の画像を表示するには、液晶パ
ネルの表示画面を小さくし、画素数を多くする必要があ
る。つまり、液晶パネルの画素ピッチを小さくする必要
がある。そうすると、液晶パネルの開口率が小さくなる
ので、表示画像は暗い。表示画像を明るくするには、明
るい光源を用いるとよいが、光源の消費電力が大きくな
り、１回の電池充電における連続使用時間が短くなると
いう問題を発生する。

【００１２】本発明は、液晶パネルの画素ピッチが小さ
い場合でも、ガラス基板を薄くすることなく、明るい投
写画像を表示する投写型表示装置および低消費電力で表
示画像の明るいビューファインダを提供することを目的
とする。また、このためのライトバルブ装置を提供する
ことを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のライトバルブ装
置は、マトリックス配列された複数の画素と個々の画素
の開口を制限する遮光手段とを備えるライトバルブと、
複数の正レンズ素子をマトリックス配列した第１のレン
ズアレイと、複数の開口が前記第１のレンズアレイの正
レンズ素子配列と相似にマトリックス配列されその非開
口部は前記ライトバルブから出射する光を反射する第１
の反射手段と、複数の開口が前記ライトバルブの画素配
列と相似にマトリックス配列されその非開口部は前記第
１のレンズアレイから出射する光を反射する第２の反射
手段とを備え、前記第２の反射手段は前記ライトバルブ
の遮光手段の入射側表面に配置され、前記第１の反射手
段は前記第２の反射手段の入射側に配置され、前記第１
のレンズアレイの各正レンズ素子の焦点近傍に前記第１
の反射手段の各開口が配置されたものである。

【００１４】第２のレンズアレイの各正レンズ素子の焦
点距離は第１のレンズアレイの各正レンズ素子の焦点距
離と比較して等しいことが望ましい。

【００１５】第１のレンズアレイの各正レンズ素子の光
軸は第１の反射手段の各開口の光軸と一致するのが望ま
しい。

【００１６】第１のレンズアレイは複数の正レンズ素子
をデルタ配列するのが望ましい。また、前記正レンズ素
子は、その外形が正六角形であり、隣接する３個の前記
正レンズ素子の中心を結んで作られる三角形が正三角形
であるのが望ましい。第１の反射手段と第２の反射手段
は互いに平行であるのが望ましい。

【００１７】本発明の投写型表示装置は、光源と、前記
光源の出射光が入射し映像信号に応じて光学像が形成さ
れるライトバルブ装置と、その光学像をスクリーン上に
投写する投写レンズとを備え、前記ライトバルブ装置と
して上記のライトバルブ装置を用いたものである。

【００１８】ライトバルブ装置の第２のレンズアレイの
各正レンズ素子は、前記第１のレンズアレイ手段の正レ
ンズ素子の主平面上にある仮想物体の実像を前記投写レ
ンズのライトバルブ側瞳面上に形成するようにしたもの
である。

【００１９】本発明のビューファインダ装置は、光源
と、前記光源の出射光が入射し映像信号に応じて光学像
を形成するライトバルブと、その光学像を拡大する拡大
レンズとを備え、前記ライトバルブ装置として上記のラ
イトバルブ装置を用いたものである。

【００２０】

【作用】本発明のライトバルブ装置のモデルを（図１）
に示す。入射側から順に第１のレンズアレイ７１、第２
のレンズアレイ７２、第１の反射手段７３、第２の反射
手段７４、ライトバルブの遮光手段７５が配置されてい
る。このモデルでは、第１のレンズアレイ７１、第２の
レンズアレイ７２、第１の反射手段７３、第２の反射手
段７４、および遮光手段７５はいずれも非常に薄く、第
１のレンズアレイ７１、第１の反射手段７３、第２の反
射手段７４の間は空気であり、第２の反射手段７４はラ
イトバルブの遮光手段７５の入射側面に、密着して配置
されている。第２のレンズアレイ７２は第１の反射手段
７３と密着して配置されている。

【００２１】第２の反射手段７４はライトバルブの遮光
手段７５の画素開口７６と同じ大きさの開口７７が正方
配列されている。ライトバルブの遮光手段７５の画素開
口７６および第２の反射手段７４の開口７７は同一であ
り、正方配列である。第１の反射手段７３は正方形の開
口７８を正方配列したものである。第１の反射手段７３
と第２の反射手段７４の反射率は１００％であり、開口
７８，７７以外に非反射領域はない。第２のレンズアレ
イ７２は第１の反射手段７３の開口７８と同じ大きさの
正レンズ素子７９を正方配列したものであり、各正レン
ズ素子７９は第１の反射手段７３の各開口７８に配置さ
れており、第１の反射手段７３の開口７８内では非レン
ズ領域はない。

【００２２】第１のレンズアレイ７１は正方形の正レン
ズ素子８０を正方配列したもので非レンズ領域はない。
第１のレンズアレイ７１および第２のレンズアレイ７２
の各正レンズ素子８０，７９はいずれもすべて薄肉レン
ズとし、無収差の理想的なレンズである。第１のレンズ
アレイ７１のピッチと第２のレンズアレイ７２のピッチ
と第１の反射手段７３の開口ピッチと第２の反射手段７
４の開口ピッチは、いずれもライトバルブの遮光手段７
５の開口ピッチと全く同一であり、第１のレンズアレイ
７１の正レンズ素子８０の光軸８１は第２のレンズアレ
イ７２の各正レンズ素子７９の光軸８２と一致し、さら
に第１の反射手段７３、第２の反射手段７４それぞれの
開口の中心８３、８４を通る。

【００２３】（図１）に対応する光路図を（図２）に示
す。光源からの入射光８５が第１のレンズアレイ７１に
入射すると、第１のレンズアレイ７１の各正レンズ素子
８０は、それぞれの焦点８６上に光源に対応する微小な
実像８７を形成する。つまり、第１のレンズアレイ７１
の出射側に、微小光源群８７が形成される。すなわち、
第１の反射手段７３の各開口７８に、微小光源８７が形
成される。この微小光源８７から出射した光線は第１の
反射手段７３に設けられた開口７８より第２の反射手段
７４に向けて入射する。このとき、第２の反射手段７４
の各開口７７に入射した光線はライトバルブの画素開口
７６に入射する。一方、第２の反射手段７４の非開口部
８８に入射した光線は反射されて、第１の反射手段７３
に入射する。このとき、第１の反射手段７３の各開口７
８に入射した光線は開口７８より光源側へと出射される
が、非開口部８８に入射した光線は第１の反射手段７３
により反射され再び第２の反射手段７４に入射する。こ
のように、微小光源８８から出射する光線は第１の反射
手段７３と第２の反射手段７４の間で多重反射する。そ
の結果、本発明のライトバルブ装置の実効開口率は従来
のライトバルブ装置に比べて高くなる。

【００２４】ここで、第２のレンズアレイ７２は各正レ
ンズ素子７９の主平面上に第１のレンズアレイ７１の各
正レンズ素子８０による微小光源像８７が形成されるよ
うに配置されており、また第２のレンズアレイ７２の各
正レンズ素子７９の焦点は第１のレンズアレイ７１の各
正レンズ素子８０の主平面上にあるように配置されてい
る。（図２）に示すとおり、第２のレンズアレイ７２を
配置した場合には、第１のレンズアレイ７１の各正レン
ズ素子８０の光軸８１に平行に入射する光線８５は第１
のレンズアレイ７１の各正レンズ素子８０の焦点８６を
通過し、第２の反射手段７４へと入射する。このとき第
２のレンズアレイ７２の各正レンズ素子７９に入射する
光線と出射する光線が光軸となす角度は等しい。

【００２５】第１のレンズアレイ７１の各正レンズ素子
８０の光軸８１に平行でない光線８９は第２のレンズア
レイ７２の各正レンズ素子７９の主平面上に形成される
微小光源像８７の端部に入射する。ここで、第２レンズ
アレイ７２の各正レンズ素子７９は焦点が第１のレンズ
アレイ７１の各正レンズ素子８０の主平面上にあるの
で、第２レンズアレイ７２の各正レンズ素子７９から出
射する光線が光軸となす最大角度は第２レンズアレイ７
２が無い場合に比べて小さくなる。これにより第２レン
ズアレイ７２の各正レンズ素子７９から出射する光線の
広がり角を小さくできる。

【００２６】ここで、第１の反射手段７３および第２の
反射手段７４の開口率をそれぞれａ _L，ａ_B、反射率を
それぞれＲ_L，Ｒ_Bとする。微小光源８８から出射する
光線のうち、第２の反射手段７４で反射されることなく
ライトバルブの各画素７６に入射する光線の割合はａ_B
であり、残りの（１−ａ_B）の光線は第２の反射手段７
４により反射率Ｒ_Bで反射され、第１の反射手段７３に
入射する。従って、第２の反射手段７４で反射され、第
１の反射手段７３に入射する光線は、（１−ａ _B）Ｒ_B
となる。第２の反射手段７４により反射された後、第１
の反射手段７３に入射する光線のうち、各開口７８に入
射し光源側へ出射する光線の割合はａ_Lであり、入射す
る光線のうち（１−ａ_L）だけが第１の反射手段７３に
より反射率Ｒ_Lで反射される。従って第１の反射手段７
３に入射する光線中（１−ａ_L）Ｒ_Lの光線が、再び第
２の反射手段７４に入射し、このうちａ_Bの光線が第２
の反射手段７４の開口７７から画素開口７６に入射す
る。この繰り返しにより、第１のレンズアレイ７１によ
って集光された光線は第１の反射手段７３の開口７８か
ら入射側に、もしくは、第２の反射手段７４の開口７７
より画素開口７６へと出射する。Ｑを、

【００２７】

【数１】

【００２８】とすると、このライトバルブの実効開口率
ηは、

【００２９】

【数２】

【００３０】と表され、これは、

【００３１】

【数３】

【００３２】と変形できる。ここで、開口率ａ_B，
ａ_L、反射率Ｒ_L，Ｒ_Bはいずれも０以上１以下である
ので、Ｑは０以上１以下の数となる。

【００３３】従って、本発明のように第１のレンズアレ
イ７１、第１の反射手段７３、第２の反射手段７４を用
いると実効開口率が向上する。実効開口率ηを大きくす
るにはＱを大きくすればよく、このためにはＲ_L，Ｒ_B
を大きく、ａ_L，ａ_Bを小さくすればよい。ａ_Bはライ
トバルブによって決定される。ａ_Lを小さくするには第
１の反射手段７３の開口７８の面積を小さくすれば良
い。しかし、開口７８が微小光源像８８より小さい場合
には開口７８を通過する光量が低下する。従って、第１
の反射手段７３の各開口７８は微小光源像８８と同一と
するのが望ましい。

【００３４】本発明によれば、ライトバルブの入射側面
からライトバルブ層までの距離を短くすることができな
い場合でも、（図１）に示したモデルのように第１のレ
ンズアレイと、二つの反射手段を用いることにより、実
効開口率の高いライトバルブ装置を実現することができ
る。このライトバルブ装置を投写型表示装置に用いれ
ば、明るい投写画像を得ることができる。また、このラ
イトバルブ装置をビューファインダ装置に用いれば、明
るい表示画像を得ることができる。

【００３５】第１のレンズアレイの各正レンズ素子から
出射する光線が収差無く結像して第１の反射手段の各開
口に微小光源像を形成するには第１のレンズアレイの各
正レンズ素子が回転対称形すなわち円形であることが望
ましい。また第１のレンズアレイの各正レンズ素子の有
効領域が大きいほど実効開口率は向上する。

【００３６】ここで、第１のレンズアレイの各正レンズ
素子を円形とし、各正レンズ素子の配列が正方配列であ
る場合を（図３（ａ））、デルタ配列である場合を（図
３（ｂ））に示す。いずれも非レンズ領域は同じ面積で
あるが、デルタ配列の場合には（図３（ｃ））に示すよ
うに上下方向にレンズ素子を大きくすることで容易に非
レンズ領域を小さくすることができ、レンズ素子の有効
領域を大きくすることができるので、明るい表示画像が
得られる。

【００３７】デルタ配列の場合には円形のレンズ素子を
最も効率よく配置するには隣接する各正レンズ素子の中
心間隔が全て等しいことが望ましい。従って（図３
（ｄ））に示すように、隣接する３個の正レンズ素子の
中心を結んで作られる三角形は正三角形とするのがよ
い。第１のレンズアレイの各正レンズ素子が円形でない
場合でも、この位置関係を満たすことにより第１のレン
ズアレイの各正レンズ素子を効率よく配置できる。

【００３８】さらに、デルタ配列で各正レンズ素子の有
効領域を最も大きくするには、個々の正レンズ素子を正
六角形にするのがよい。（図３（ｅ））に示すように非
レンズ領域が無いように正レンズ素子を配列することが
できるので、レンズ素子が円形である場合より、第１の
レンズアレイでの光利用率が向上し、明るい投写画像が
得られる。

【００３９】第１の反射手段７３と第２の反射手段７４
が互いに平行でない場合、第１のレンズアレイ７１の各
正レンズ素子８０から出射した光線は、反射面で多重反
射される際、反射された光線が各反射面となす角度は一
定ではないので、ライトバルブの各画素７６に入射する
光量および光線の入射角度にむらが生じる。このため、
第１の反射手段７３と第２の反射手段７４は互いに平行
であるのが望ましい。

【００４０】本発明のライトバルブ装置を投写型表示装
置もしくはビューファインダ装置に用いた場合、第１の
レンズアレイの各正レンズ素子から出射する光線を投写
レンズもしくは拡大レンズで有効に利用するには第２の
レンズアレイの各正レンズ素子が第１のレンズアレイの
各正レンズ素子の主平面上の仮想物体をの像を投写レン
ズもしくは拡大レンズのライトバルブ側瞳上に形成する
ようにすればよい。

【００４１】以上の説明では、ライトバルブの画素が正
方配列であり、第１のレンズアレイの各正レンズ素子の
光軸が第１の反射手段の各開口中心および第２の反射手
段の各開口中心を通過する場合について説明したが、ラ
イトバルブの画素がデルタ配列の場合や光軸の関係が上
記と異なる場合でも、第１のレンズアレイの各正レンズ
による微小光源像が第１の反射手段の開口に形成されれ
ば本発明の意図する効果が得られる。

【００４２】

【実施例】以下に、本発明の実施例について添付図面を
参照しながら説明する。

【００４３】本発明のライトバルブ装置の第１の実施例
の構成を（図４）に示す。１０１は入射側偏光板、１０
２はレンズアレイ板、１０３はミラー板、１１２は遮光
膜、１０４は液晶パネル、１０５は出射側偏光板であ
る。ライトバルブ装置は、入射側から順に、入射側偏光
板１０１、レンズアレイ板１０２、ミラー板１０３、液
晶パネル１０４、出射側偏光板１０５で構成されてい
る。

【００４４】液晶パネル１０４は、２枚のガラス基板１
０６，１０７の間にＴＮ液晶１０８を封入したものであ
る。出射側ガラス基板１０６の液晶層１０８側には、透
明導電性膜による画素電極がマトリックス状に形成さ
れ、各画素電極の近傍にはスイッチング素子としてＴＦ
Ｔ１１０が設けられている。隣接する画素電極の間には
信号線と走査線が形成され、各ＴＦＴ１１０は、ソース
電極が信号線に接続され、ゲート電極が走査線に接続さ
れ、ドレイン電極が画素電極に接続されている。入射側
ガラス基板１０７の液晶層１０８側には、透明導電性膜
による共通電極が形成され、その上にＴＦＴ１１０、信
号線、走査線を覆うように金属薄膜による遮光膜１１２
が形成されている。遮光膜１１２の開口が画素１１３と
なる。画素電極と共通電極の上には配向膜が塗布され、
液晶分子を所定の状態に配向させるためにラビングされ
る。信号供給回路と走査回路により各画素１１３の液晶
層に電界を加えると、電界に応じて液晶層の旋光性が変
化するので、液晶パネル１０４に映像信号に応じた旋光
性の変化として光学像を形成できる。この光学像は、入
射側偏光板１０１と出射側偏光板１０５の作用により透
過率の変化による光学像となる。

【００４５】液晶パネル１０４の画素数は水平４８０×
垂直４６０、画素ピッチは水平９４μｍ×垂直７３μｍ
である。画素１１３は、（図５）に示すように正方配列
であり、画素の寸法は水平５３μｍ×垂直３２μｍで開
口率は２５％である。２枚のガラス基板１０６，１０７
は、いずれも厚さが１．１ｍｍ、屈折率が１．５２であ
る。液晶パネル１０５の入射側ガラス基板１０７は両面
を研磨し平行にしたものである。

【００４６】遮光膜１１２はアルミニウム薄膜で形成さ
れており、各画素１１３に対応する部分に開口１１４を
設けたものである。その入射側表面の非開口部１１５は
光を反射し、反射率は９０％である。

【００４７】レンズアレイ板１０２は、ガラス基板１１
６の出射側面に、複数の屈折率分布型正レンズ素子１１
７をマトリックス状に形成したものである。正レンズ素
子１１７は、（図５）に示すように、正方配列としてい
る。正レンズ素子１１７は、有効領域が長方形で、配列
ピッチは液晶パネル１０４の画素ピッチと同じ水平９４
μｍ×垂直７３μｍであり、隣接する正レンズ素子の間
には幅が約５μｍの非レンズ部１１８が設けられてい
る。レンズアレイ板１０２は、ガラス基板１１６の厚さ
が１．１ｍｍ、屈折率が１．５２、各正レンズ素子１１
７の焦点距離が約２７０μｍである。

【００４８】第１レンズアレイ１１９は、ガラス基板１
１６の出射側面の近傍に屈折率分布型の正レンズ素子１
１７を複数形成したものである。これは表面を研磨した
アルカリイオンを含むガラス基板１１６の出射側表面に
金属薄膜を蒸着した後、金属薄膜にエッチングにより開
口を形成し、このガラス基板を高屈折率の金属イオンの
溶液中で加熱してイオン交換を行うことにより作成す
る。金属薄膜は最後に除去する。第１レンズアレイ１１
９を形成した面は平面である。

【００４９】ミラー板１０３はガラス基板１２０の出射
側面に第１レンズアレイ１１９と同様に第２レンズアレ
イ１２１を形成した後、アルミニウムの薄膜を蒸着し、
さらにエッチングにより複数の開口を形成したものであ
る。第２レンズアレイ１２１の各正レンズ素子１２２の
焦点距離は約２７０μｍである。第２レンズアレイ１２
１の各正レンズ素子１２２はと反射膜１２３の開口１２
４はいずれも円形で、配列ピッチは液晶パネル１０４の
画素ピッチと同じ水平９４μｍ×垂直７３μｍである。
第２レンズアレイ１２１の各正レンズ素子１２２と開口
１２４は、（図５）に示すように正方配列であり、開口
１２４の寸法および第２レンズあれ１２１の各正レンズ
素子１２２の外形はいずれも直径６０μｍである。ミラ
ー板１０３はガラス基板の厚さが０．４ｍｍ、屈折率が
１．５２である。

【００５０】レンズアレイ板１０２、ミラー板１０３、
液晶パネル１０４は、第１レンズアレイ１１９の各正レ
ンズ素子１１７の光軸１２５が第２レンズアレイ１２１
の各正レンズ素子１２２の光軸１２６と一致し、さらに
反射膜１２１の各開口１２３の中心１２７を通り、さら
に液晶パネル１０４の各画素１１３の中心１２８を通る
ように配置してある。液晶パネル１０４の入射側ガラス
基板１０７とミラー板１０３は透明接着剤により密着し
て固着されている。これにより遮光膜１１２と反射膜１
２３は平行に配置されている。ミラー板１０３とレンズ
アレイ板１０２は密着して透明接着剤で固定されてい
る。入射側偏光板１０１はレンズアレイ板１０２から分
離されており、出射側偏光板１０５は液晶パネル１０４
の出射側に貼付されている。

【００５１】屈折率分布型レンズを形成した第１レンズ
アレイ１１９は、表面を平面にできる。ミラー板１０３
とレンズアレイ板１０２とを透明接着剤により結合すれ
ば、屈折率差を有する境界面における反射損失が大幅に
低減するという利点がある。また、レンズアレイ板およ
びミラー板を一体化すれば、一方が薄い場合でも機械的
強度が向上するという利点がある。

【００５２】本発明の投写型表示装置の第１の実施例に
ついて説明する。（図６）は、その構成を示したもので
あり、１３１は光源、１３５はフィールドレンズ、１３
６はライトバルブ装置、１３７は投写レンズ、１３８は
スクリーンである。

【００５３】ライトバルブ装置１３６は、（図４）、
（図５）に示したものと同一であり、入射側から順に入
射側偏光板１０１、第１のレンズアレイ板１０２、ミラ
ー板１０３、液晶パネル１０４、出射側偏光板１０５で
構成されている。

【００５４】光源１３１は、ランプ１３２、凹面鏡１３
３、フィルタ１３４で構成されている。ランプ１３２は
ハロゲンランプであり、ランプ１３２から放射される光
は凹面鏡１３３により反射されて平行に近い光となって
出射する。フィルタ１３４は、ガラス基板上に可視光を
透過し赤外光を反射する多層膜を蒸着したものであり、
凹面鏡１３３からの出射光から赤外光を除去する。

【００５５】光源１３１からの出射光は、フィールドレ
ンズ１３５を透過して、ライトバルブ装置１３６に入射
し、その出射光は投写レンズ１３７に入射する。こうし
て、液晶パネル１０４に形成された画像は投写レンズ１
３７によりスクリーン１３８上に拡大投写される。フィ
ールドレンズ１３５は、光源１３１から液晶パネル１０
４の周辺部の画素に入射する主光線を投写レンズの入射
瞳に入射させるために用いる。投写レンズ１３７は、液
晶パネル１０４の出射側に配置される補助レンズ１３９
と主投写レンズ１４０とで構成され、口径比はＦ３．５
である。補助レンズ１３９は、液晶パネル１０４のすべ
ての画素を通過する主光線を液晶層１０８と垂直にする
ためのものである。

【００５６】こうして、レンズアレイ板１０２の正レン
ズ素子１１５の光軸１３０に沿って進む光線は、第２レ
ンズアレイ１２１の正レンズ素子１２２を通過し、反射
膜１２３の対応する開口１２４を通過し、第２反射面で
ある遮光膜１１２に入射する。遮光膜１１２に入射する
光線は遮光膜１１２の開口１１３を通過する光線と非開
口部１１５で反射される光線に分けられ、非開口部１１
５で反射された光線は再び反射膜１２３へ入射し、反射
膜１２３の非開口部で再度反射され、遮光膜１１２へと
入射する。また、第１レンズアレイ１１９の各正レンズ
素子１１７により形成された微小光線の端部を通る光線
は第２レンズアレイ１２１の各正レンズ素子１２２によ
り遮光膜１１２への入射角度を小さくされる。この光線
も同様に、遮光膜１１２の開口１１３に入射できない光
線は反射されてミラー板１０３へと入射し、ミラー板１
０３の反射膜１１８で再び反射されて、遮光膜１１２に
入射する。これにより、光利用効率が向上し、明るい投
写画像が得られる。

【００５７】（図４）、（図５）に示した構成の作用に
ついて説明する。（図４）に示すように、光源１３１か
らの出射光１４１はレンズアレイ板１０２に入射する。
第１レンズアレイ１１９の各正レンズ素子１１７の焦点
１４２には、凹面鏡１３３の開口に対応する微小な実像
が形成される。

【００５８】第１レンズアレイ１１９の各正レンズ素子
１１７の焦点１４２は反射膜１２３の開口１２４上に位
置するので、微小な光源像が開口１２４に形成される。
この光源像から出射する光線のうち液晶パネル１０４の
遮光膜１１３の開口１１４を通過した光線は画素１１３
へと入射する。遮光膜１１２の非開口部１１５に入射し
た光線は反射膜１２３の非開口部により反射され、再び
液晶パネル１０４の遮光膜１１２に入射する。このよう
に微小な光源像からの光線はミラー板１０３の反射膜１
２２と液晶パネル１０４の遮光膜１１２との間で多重反
射し、液晶パネル１０４の各画素１１３へと入射する。

【００５９】また、第１レンズアレイ１１９の各正レン
ズ素子１１７の焦点１４２は第２レンズアレイ１２１の
各正レンズ素子１２２の主平面上に位置するので、微小
な光源像は第２レンズアレイ１２１の各正レンズ素子１
２２の主平面上に形成される。これにより、微小な光源
像を形成する光線のうち、第１レンズアレイ１１９の各
正レンズ素子１１７の光軸１２５となす角度の大きい光
線が光軸となす角度を小さくして液晶パネル１０４の遮
光膜１１２に入射し、ミラー板１０３の反射膜１２２と
液晶パネル１０４の遮光膜１１２との間で多重反射し、
液晶パネル１０４の各画素１１３へと入射する。

【００６０】液晶パネル１０４からの出射光はすべて投
写レンズ１３７に入射するようにしている。ライトバル
ブ装置１３６には映像信号に応じて透過率の変化として
光学像が形成される。この光学像は投写レンズ１３７に
より拡大投写され、スクリーン上に拡大された白黒の投
写画像が表示される。投写画像の画面中心における輝度
は、液晶パネルの実際の開口率に対するレンズアレイ板
１０２とミラー板１０３により向上した実効開口率の比
だけ明るくなる。

【００６１】第１のレンズアレイ板１０２、ミラー板１
０３を組み合わせて実験すると、第１のレンズアレイ板
を用いない場合に比べて、投写画像の画面中心付近の明
るさを約１．２倍にすることができ、本発明の有効性を
確認することができた。なお、液晶パネル１０４の開口
率は２５％であり、（数３）より導かれる実効開口率は
４６％である。

【００６２】（図１３）に示した従来の構成では、投写
画像を明るくするには液晶パネルの入射側ガラス基板を
薄くする必要があったが、（図４）に示した本発明の構
成では、液晶パネル１０４の入射側ガラス基板１０７を
薄くする必要がない。入射側ガラス基板１０７を厚くす
ることができるので、液晶層１０８の厚さの均一性を確
保することができ、液晶パネル１０４に高画質の画像を
表示することができる。そのため、（図４）に示すよう
な構成とすることにより、高画質で、しかも明るい投写
画像を得ることができる。

【００６３】本発明の投写型表示装置の第２の実施例の
構成を（図７）に示す。１５１は光源、１５７，１５８
はダイクロイックミラー、１５９は平面ミラー、１６
０，１６１，１６２はフィールドレンズ、１６３，１６
４，１６５はライトバルブ装置、１８１，１８２，１８
３は補助レンズ、１８４，１８５はダイクロイックミラ
ー、１８６は平面ミラー、１８７は主投写レンズであ
る。

【００６４】光源１５１は、ランプ１５２、凹面鏡１５
３とフィルタ１５４で構成されている。ランプ１５２は
メタルハライドランプであり、３原色の色成分を含む光
を放射する。凹面鏡１５３はガラス製で、反射面１５５
の形状は放物面であり、反射面１５５に赤外光を透過さ
せ可視光を反射する多層膜を蒸着したものである。フィ
ルタ１５４は、ガラス基板の上に可視光を透過させ赤外
光と紫外光を反射する多層膜を蒸着したものである。凹
面鏡１５３の光軸１５６は水平方向に向き、ランプ１５
２は管軸を光軸１５６と一致させて配置される。ランプ
１５２の放射光は、凹面鏡１５３で反射して赤外光が除
去された平行に近い光に変換され、フィルタ１５４を透
過して赤外光と紫外光を除去されて可視光が出射する。
光源１５１の出射光は、２枚のダイクロイックミラー１
５７，１５８と平面ミラー１５９とで構成される色分解
光学系により赤、緑、青の原色光に分解される。各原色
光は、いずれもフィールドレンズ１６０，１６１，１６
２を透過してライトバルブ装置１６３，１６４，１６５
に入射する。ライトバルブ装置１６３，１６４，１６５
は、いずれも（図４）に示したものと同一であり、光源
側から順にそれぞれ入射側偏光板１６６，１６７，１６
８、レンズアレイ板１６９，１７０，１７１、ミラー板
１７２，１７３，１７４、液晶パネル１７５，１７６，
１７７、出射側偏光板１７８，１７９，１８０を組み合
わせたものである。ライトバルブ装置１６３，１６４，
１６５には、それぞれ映像信号に応じて透過率の変化と
して光学像が形成される。ライトバルブ装置１６３，１
６４，１６５の出射光は、それぞれ補助レンズ１８１，
１８２，１８３を透過した後、ダイクロイックミラー１
８４，１８５と平面ミラー１８６を組み合わせた色合成
光学系により１つの光に合成され、合成された光は主投
写レンズ１８７に入射する。

【００６５】主投写レンズ１８７は、補助レンズ１８
１，１８２，１８３と組み合わせることにより投写レン
ズとして機能する。補助レンズ１８１，１８２，１８３
は、主投写レンズ１８７の主光線が液晶層を垂直に通過
するように、つまりテレセントリック性を良くするため
に用いる。こうして、３つのライトバルブ装置１６３，
１６４，１６５に形成される光学像は、主投写レンズ１
８７により離れた位置にあるスクリーン（図示せず）上
に拡大投写される。

【００６６】（図７）に示した投写型表示装置を試作し
実験を行うと、第１の実施例と同様に、第１のレンズア
レイ板およびミラー板を用いない場合に比べて明るい投
写画像を得ることができた。

【００６７】本発明のライトバルブ装置の第２の実施例
の構成を（図８）に示す。１９１は入射側偏光板、１９
２は第１のレンズアレイ板、１９３は液晶パネル、１９
４は出射側偏光板である。

【００６８】ライトバルブ装置は、入射側から順に、入
射側偏光板１９１、レンズアレイ板１９２、液晶パネル
１９３、出射側偏光板１９４で構成されている。

【００６９】液晶パネル１９４は、（図４）に示したも
のと同様のＴＮ液晶を用いたＴＦＴ液晶パネルであり、
画素配列は（図９）に示すようなデルタ配列である。出
射側ガラス基板１９５の液晶層１９６側には、画素電極
１９７とＴＦＴ１９８が設けられている。入射側ガラス
基板１９９の液晶層１９６側には、ＴＦＴ１９８を遮光
するための遮光膜２００が設けられ、その上にモザイク
状のカラーフィルタ２０１が設けられ、さらにその上に
共通電極が設けられている。画素数は水平２４０×垂直
３００、画素ピッチは水平１２８μｍ×垂直７７μｍで
ある。画素の寸法は水平６４μｍ×垂直４０μｍで開口
率は２５％である。入射側ガラス基板は厚さが１．１ｍ
ｍ、屈折率が１．５２である。遮光膜２００の入射側表
面が反射面として機能する。遮光膜２００はアルミニウ
ム薄膜で形成されており、反射率は９０％である。

【００７０】レンズアレイ板１９２はアルカリイオンを
含むガラス基板２０２の入射側面に薄い透明樹脂を重
ね、その表面に複数の正レンズ素子２０３をマトリック
ス状に形成し、出射側面の近傍に屈折率分布型の正レン
ズ素子２０４をマトリックス状に形成し、その表面に反
射膜２０５を形成したものである。

【００７１】第１レンズアレイ２０６は、表面を研磨し
たガラス基板２０２の入射側表面に紫外線硬化樹脂を塗
布し、その上に所定のレンズアレイの表面形状を有する
型を重ね、ガラス基板２０２を通して紫外線硬化樹脂に
紫外線を照射することにより作成している。正レンズ素
子２０３は、（図９）に示すように、有効領域が六角形
であり、液晶パネル１９３と同一のピッチでデルタ配列
されている。各正レンズ素子２０３は隣接する正レンズ
素子との間に幅５μｍの非レンズ部２０７を有する。第
１レンズアレイ２０５の焦点距離は約３４０μｍであ
る。

【００７２】第２レンズアレイ２０８は表面を研磨した
ガラス基板２０２の出射側表面にイオン交換法で作成す
る。第２レンズアレイ２０８を形成した面は平面であ
る。第２レンズアレイ２０８の焦点距離は約３４０μｍ
である。

【００７３】反射膜２０５はガラス基板２０２の出射側
面に第２レンズアレイ２０８を形成した後、アルミニウ
ム薄膜を蒸着し開口２０９を形成したものである。各開
口２０９は（図９）に示すように長方形の形状をしてお
り、液晶パネル１９３と同一のピッチでデルタ配置され
ている。各開口２０９の寸法は水平６１μｍ×垂直４８
μｍである。

【００７４】第２レンズアレイ２０８の正レンズ素子２
０４は、有効領域が長方形であり反射膜２０５の開口と
外形が同一であり、配列ピッチも等しい。

【００７５】ガラス基板２０２は、厚さが０．５ｍｍ、
屈折率が１．５２である。液晶パネル１９３の入射側ガ
ラス基板１９９とレンズアレイ板１９２とは接着剤で密
着して固着されている。このとき、第１レンズアレイ２
０６の正レンズ素子２０３の光軸２１０は、第２レンズ
アレイ２０８の正レンズ素子２０４の光軸２１１と一致
し、さらに反射膜２０５の開口２０９の中心２１２を通
り、さらに液晶パネル１９３の対応する画素２１３の中
心２１４を通るように配置されている。

【００７６】この場合も、前出の実施例と同様に、第１
レンズアレイ２０６、第２レンズアレイ２０８、反射膜
２０５により実効開口率を向上させることができる。そ
のため、光線の利用効率が向上し、明るい投写画像が得
られる。

【００７７】（図６）に示した構成の投写型表示装置の
ライトバルブ装置を（図８）に示したライトバルブ装置
と置き換えると、フルカラーの投写画像を得ることがで
きる。実験では、投写画像の中心付近の明るさが、第１
のレンズアレイ板がない場合に比べて約１．２倍となっ
た。

【００７８】本発明のライトバルブ装置の第３の実施例
の構成を（図１０）に示す。２２１は入射側偏光板、２
２２はレンズアレイ板、２２３は液晶パネル、２２４は
出射側偏光板である。ライトバルブ装置は、入射側から
順に、入射側偏光板２２１、レンズアレイ板２２２、液
晶パネル２２３、出射側偏光板２２４で構成されてい
る。

【００７９】液晶パネル２２３は、（図４）に示したも
のと同様のＴＮ液晶を用いたＴＦＴ液晶パネルであり、
画素ピッチも同一である。画素配列は（図１１）に示す
ような正方配列である。

【００８０】レンズアレイ板２２２はガラス基板２２５
の入射側面に第１レンズアレイ２２６を形成し、出射側
面に第２レンズアレイ２２７を形成した後、出射側表面
を研磨し、反射膜２２８を形成したものである。ガラス
基板２２５は、厚さが０．７ｍｍ、屈折率が１．５２で
ある。

【００８１】第１レンズアレイ２２６の各正レンズ素子
２２９は、（図１２）に示すように、有効領域が長方形
であり、配列ピッチは液晶パネル２２３と画素ピッチと
は異なり、水平１８０μｍ×垂直１２２μｍで正方配列
されている。各正レンズ素子２２９は隣接する正レンズ
素子との間に幅５μｍの非レンズ部２３０を有する。第
１レンズアレイ２２６の焦点距離は約４６０μｍであ
る。

【００８２】反射膜２２８はガラス基板２２５の出射側
面にアルミニウム薄膜を蒸着し開口２３１を形成したも
のである。各開口２３１は（図９）に示すように長方形
の形状をしており、第１のレンズアレイ２２７の正レン
ズ素子２２９と同一のピッチで正方配列されている。各
開口２３１の寸法は水平８１μｍ×垂直６１μｍであ
る。

【００８３】第２レンズアレイ２２７の各正レンズ素子
２３０は有効領域が長方形であり、反射膜２２８の開口
２３１とその外形が同一であり、配列ピッチも等しい。
第２レンズアレイ２２７の焦点距離は約４６０μｍであ
る。

【００８４】液晶パネル２２３の入射側ガラス基板２３
２とレンズアレイ板２２２とは間に薄い空気層を挟み接
着剤で周辺部を固着している。このとき、第１レンズア
レイ２２６の正レンズ素子２２９の光軸２３３と第２レ
ンズアレイ２２７の正レンズ素子２３０の光軸２３４は
一致し、さらに反射膜２２８の開口２３１の中心２３５
を通るように配置しているが、必ずしも液晶パネル２２
３の画素２３６の中心２３７を通るわけではない。

【００８５】この場合も、第１の実施例と同様の効果を
得ることができた。反射膜２２８の開口２３１の周期構
造と液晶パネル２２３の画素２３６の周期構造との干渉
により投写画像にモアレを生じる場合があったが、レン
ズアレイ板２２２と液晶パネル２２３の入射側ガラス基
板２３２の間隔を若干大きくすることによりモアレを目
立ちにくくすることができた。

【００８６】第１レンズアレイ２２６の正レンズ素子２
２９、第２レンズアレイ２２７の正レンズ素子２３０お
よび反射膜２２８の開口２３１は液晶パネル２２３の画
素ピッチよりも大きいピッチで配列されており、液晶パ
ネル２２３の画素数よりも第１レンズアレイ２２７と第
２レンズアレイ２２７の正レンズ素子の個数および反射
膜２２８の開口の個数は少ない。従って、液晶パネル２
２３の画素数が増加しても第１レンズアレイ２２７と第
２レンズアレイ２２７の正レンズ素子および反射膜２２
８の開口の個数を増加させる必要がないので、製作コス
トが低減されると同時に、製作も比較的容易になる。

【００８７】本発明のライトバルブ装置の第４の実施例
の構成を（図１２）に示す。２５１は入射側偏光板、２
５２は第１のレンズアレイ板、２５３は液晶パネル、２
５４は出射側偏光板である。

【００８８】ライトバルブ装置は、入射側から順に、入
射側偏光板２５１、レンズアレイ板２５２、液晶パネル
２５３、出射側偏光板２５４で構成されている。

【００８９】液晶パネル２５４は、（図４）に示したも
のと同様のＴＮ液晶を用いたＴＦＴ液晶パネルで、画素
ピッチも同一である。画素配列は（図１３）に示すよう
な正方配列である。

【００９０】レンズアレイ板２５２はガラス基板２５５
の入射側面に第１レンズアレイ２５６を形成したもの
で、出射側に第２レンズアレイ２５７を形成した後、反
射膜２５８を形成したものである。

【００９１】第１レンズアレイ２５６と第２レンズアレ
イはそれぞれガラス基板２５５の入射側面および出射側
面にイオン交換法により複数の正レンズ素子を形成した
ものである。正レンズ素子２５８，２５９は、（図１
３）に示すように、有効領域が正六角形であり、液晶パ
ネル２５４の画素ピッチとは異なる水平３５４μｍ×垂
直３０６μｍのピッチでデルタ配列されている。各正レ
ンズ素子２５８，２５９は、いずれも隣接する正レンズ
素子との間に幅５μｍの非レンズ部を有する。第１レン
ズアレイ２５６と、第２レンズアレイ２５７の焦点距離
はいずれも約４６０μｍである。

【００９２】反射膜２６２はガラス基板２５５の出射側
面にアルミニウム薄膜を蒸着し開口２６３を形成したも
のである。各開口２６３は（図１３）に示すように長方
形の形状をしており、第１レンズアレイ２５６の正レン
ズ素子２５８と同一のピッチでデルタ配置されている。
各開口２６３の寸法は水平４３μｍ×垂直５０μｍであ
る。これにより第２レンズアレイ２５７の各正レンズ素
子２５９の有効領域は、反射膜２６２の各開口２６３と
重なる長方形の部分である。

【００９３】第１レンズアレイ２５６の各正レンズ素子
２５８の光軸２６４は、第２レンズアレイ２５７の対応
する各正レンズ素子２５９の光軸２６５と一致し、さら
に反射膜２６２の開口２６３の中心２６６を通過するよ
うに配置されている。ガラス基板２５５は、厚さが０．
７ｍｍ、屈折率が１．５２である。

【００９４】液晶パネル２５３の入射側ガラス基板２６
８と第１のレンズアレイ板２５２とは間に薄い空気層を
挟んで周辺部を接着剤で固着している。このとき、第１
レンズアレイ２５６の正レンズ素子２５８の光軸２６４
は第２レンズアレイ２５７の各正レンズ素子２５９の光
軸２６５と一致し、さらに反射膜２６２の開口２６３の
中心２６６を通るように配置しているが、液晶パネル２
５３の画素２６９の中心２７０は必ずしも通過しない。

【００９５】この場合も、第１の実施例と同様の効果を
得ることができた。第３の実施例と同様に第１レンズア
レイ２５６と第２レンズアレイ２５７の正レンズ素子の
個数および反射膜２５９の開口の個数を低減できると同
時に、液晶パネル２５３の画素配列に関係なく同一のレ
ンズアレイ板２５２を用いることができ、製造コストの
大幅な低減を図ることができる。

【００９６】また第１レンズアレイ２５６と第２レンズ
アレイ２５７は焦点距離、形状とも同一であり、第２レ
ンズアレイ２５７の各正レンズ素子２５９の有効領域
は、第２レンズアレイ２５７を形成後表面に形成する反
射膜によって決定される。個のため、第１レンズアレイ
と第２レンズアレイのイオン交換を同一工程で行うこと
ができ、製造コストの削減を図ることができると同時に
両面に同一のレンズアレイを作成することでレンズアレ
イ板の曲がり、反りといった変形を小さくすることがで
きる。

【００９７】次に、本発明のライトバルブ装置をビュー
ファインダ装置に応用した実施例について説明する。
（図１４）はその構成を示したものであり、２８１はラ
イトバルブ装置、２８７は光源、２９０は接眼レンズで
ある。

【００９８】ライトバルブ装置２８１は、各部の寸法は
異なるが、（図１３）に示したものと同一の構成であ
り、入射側から順に、入射側偏光板２８２、レンズアレ
イ板２８３、液晶パネル２８４、出射側偏光板２８５で
構成されている。液晶パネル２８４は、（図１３）に示
した液晶パネルと同様の構成のＴＮ液晶を用いたＴＦＴ
液晶パネルで、モザイク状のカラーフィルタを内臓して
いる。表示寸法は０．７インチであり、フルカラーの画
像を表示する。画素数は水平３７２×垂直２３８、画素
ピッチは水平３８μｍ×垂直４４μｍ、画素の寸法は水
平１８μｍ×垂直２４μｍで開口率は２５％である。液
晶パネルのガラス基板の厚さはいずれも１．１ｍｍ、屈
折率は１．５２である。レンズアレイ板２８３は、ガラ
ス基板の厚さが０．５ｍｍ、屈折率が１．５２である。
第１レンズアレイの焦点距離は２００μｍ、第２レンズ
アレイの焦点距離は２００μｍである。

【００９９】光源２８７は、ランプ２８８と集光レンズ
２８９により構成されている。ランプ２８８は、直径が
７ｍｍ、長さが２０ｍｍの直流点灯の蛍光管である。ラ
ンプ２８８から広がって出射する光は、集光レンズ２８
９により指向性の狭い光に変換され、ライトバルブ装置
２８１に入射し、その出射光は接眼レンズ２９０に入射
する。観察者が接眼レンズ２９０を覗くと、ライトバル
ブ装置２８１上の画像の拡大された虚像を観察すること
ができる。

【０１００】以上の構成要素は、すべて１つの筐体２９
１に収納されている。ランプ２８８として、ＬＥＤ、ハ
ロゲンランプ、陰極線管など発光体が小さく高輝度の光
源を用いるとよい。

【０１０１】（図１４）に示したビューファインダ装置
は、レンズアレイ板を用いることによりライトバルブ装
置の実効開口率が高くなるので、光利用効率が高くな
る。そのため、ランプの電力を小さくすることができ、
レンズアレイ板を用いない場合に比べて１回の電池充電
における連続使用時間が長くなる。

【０１０２】以下に本発明のライトバルブ装置の他の実
施例について説明する。本発明のライトバルブ装置で重
要な役割を果たす第１のレンズアレイと反射膜は、それ
らを支持するものが必要となる。前記の実施例の他に、
液晶パネルの入射側ガラス基板の入射側面に反射膜を形
成し、反射膜の表面に第２レンズアレイを形成し、第２
レンズアレイの入射側にガラス基板を配置し、ガラス基
板の入射側に第１レンズアレイを形成する構成も可能で
ある。

【０１０３】（図４）、（図８）には第１のレンズアレ
イの各正レンズ素子の光軸と第２のレンズアレイの各正
レンズ素子の光軸と反射膜の各開口とライトバルブの各
開口の光軸を一致させる構成を示したが、それ以外の構
成も可能である。第１のレンズアレイの各正レンズ素子
の光軸は第２のレンズアレイの光軸と一致し、さらに反
射膜の各開口の光軸と一致していればよい。

【０１０４】また、以上の実施例では第１のレンズアレ
イの各正レンズ素子の光軸が反射膜の各開口の中心を通
過する場合について説明したが、次のような構成も可能
である。第１のレンズアレイの正レンズ素子のピッチを
液晶パネルの画素ピッチに比べてわずかに大きくしても
よい。このとき第２レンズアレイの各正レンズ素子の光
軸は反射膜の各開口の中心を通過していればよい。光路
図の簡単な作図により、反射膜のピッチと配置を最適に
選べば、第１のレンズアレイの各正レンズ素子の焦点に
形成される微小光源の実像が反射膜の各開口上に形成さ
れ、損失を小さくしてライトバルブの開口に光線が入射
することが分かる。このようにすると、液晶パネルの周
辺部の画素を通過する主光線を内側に向けることができ
るので、（図６）に示した構成に用いられている補助レ
ンズ１２９を省略することもできる。

【０１０５】ＴＮ液晶を用いた液晶パネルはコントラス
トの良好な方向が液晶層の法線からわずかに傾斜した方
向となるので、高コントラストの投写画像を得るために
は、液晶パネルに対して斜めに光を入射させるとよい。
この場合、第１のレンズアレイの正レンズ素子群に対し
て反射膜の各開口群および第２レンズアレイの各背レン
ズ素子群をわずかに平行移動し、第１のレンズアレイの
各焦点に形成される微小光源の実像が反射膜の各開口上
に形成されるようにするとよい。第２のレンズアレイの
各正レンズ素子は反射膜の各開口の中心を通過するよう
にすればよい。

【０１０６】いずれの場合も、第１のレンズアレイの各
正レンズ素子の焦点に形成される微小光源の実像からの
光線を液晶パネルの各画素に効率よく入射させることが
できる。

【０１０７】第１のレンズアレイ板の作成方法として、
上記実施例で説明した方法の他に、ガラス基板の表面に
選択拡散により屈折率分布型レンズを形成する方法、ガ
ラス基板の上に透明な熱可塑性樹脂を重ね加熱成形によ
りレンズを形成する方法などがある。

【０１０８】なお、本実施例においては、反射膜および
遮光膜はいずれもアルミニウムで形成されている例を示
したが、銀、クロムといった反射率の高い金属により反
射面を形成してもよい。

【０１０９】以上の実施例ではライトバルブとして、Ｔ
Ｎ液晶を用いるＴＦＴ液晶パネルの場合について説明し
たが、他の方式の液晶パネルや電気光学結晶を用いるも
のなど、光学的特性の変化として光学像を形成するもの
であればライトバルブとして用いることができる。

【０１１０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ライトバ
ルブに制約を加えることなく実効開口率の大きなライト
バルブ装置を実現することができ、また、このライトバ
ルブ装置を用いることにより、投写画像の明るい投写型
表示装置および低消費電力で表示画像の明るいビューフ
ァインダ装置を提供することができるので、非常に大き
な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のライトバルブ装置の作用を説明するモ
デルの概略線図

【図２】本発明のライトバルブ装置の作用を説明する概
略線図

【図３】本発明のライトバルブ装置の作用を説明する概
略線図

【図４】本発明のライトバルブ装置の第１の実施例にお
ける要部拡大側断面図

【図５】本発明のライトバルブ装置の第１の実施例にお
ける概略線図

【図６】本発明の投写型表示装置の第１の実施例におけ
る概略構成図

【図７】本発明の投写型表示装置の第２の実施例におけ
る概略構成図

【図８】本発明のライトバルブ装置の第２の実施例にお
ける概略構成図

【図９】本発明のライトバルブ装置の第２の実施例にお
ける概略線図

【図１０】本発明のライトバルブ装置の第３の実施例に
おける概略構成図

【図１１】本発明のライトバルブ装置の第３の実施例に
おける概略線図

【図１２】本発明のライトバルブ装置の第４の実施例に
おける概略構成図

【図１３】本発明のライトバルブ装置の第４の実施例に
おける概略線図

【図１４】本発明のビューファインダ装置の実施例にお
ける概略構成図

【図１５】従来の投写型表示装置の概略構成図

【図１６】液晶パネルの構成を示す要部拡大側断面図

【図１７】従来のライトバルブ装置の構成を示す要部拡
大側断面図

【符号の説明】

７１第１のレンズアレイ７２第２のレンズアレイ７３第１の反射手段７４第２の反射手段７５遮光手段１０１入射側偏光板１０２レンズアレイ板１０３ミラー板１０４液晶パネル１０５出射側偏光板１１２遮光膜１３１光源１３５フィールドレンズ１３６ライトバルブ装置１３７投写レンズ１３８スクリーン１５１光源１５７，１５８ダイクロイックミラー１５９平面ミラー１６０，１６１，１６２フィールドレンズ１６３，１６４，１６５ライトバルブ装置１６６，１６７，１６８入射側偏光板１６９，１７０，１７１レンズアレイ板１７２，１７３，１７４ミラー板１７５，１７６，１７７液晶パネル１７８，１７９，１８０出射側偏光板１８１，１８２，１８３補助レンズ１８４，１８５ダイクロイックミラー１８６平面ミラー１８７主投写レンズ１９１入射側偏光板１９２レンズアレイ板１９３液晶パネル１９４出射側偏光板２８１ライトバルブ装置２８２入射側偏光板２８３レンズアレイ板２８４液晶パネル２８５出射側偏光板２８６光源２８９接眼レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリックス配列された複数の画素と個々
の画素の開口を制限する遮光手段とを備えるライトバル
ブと、複数の正レンズ素子をマトリックス配列した第１
のレンズアレイと、複数の開口が前記第１のレンズアレ
イの正レンズ素子配列と相似にマトリックス配列されそ
の非開口部は前記ライトバルブから出射する光を反射す
る第１の反射手段と、複数の正レンズ素子が前記第１の
レンズアレイの正レンズ素子配列と相似にマトリックス
配列された第２のレンズアレイと、複数の開口が前記ラ
イトバルブの画素配列と相似にマトリックス配列されそ
の非開口部は前記レンズアレイから出射する光を反射す
る第２の反射手段とを備え、前記第２の反射手段は前記
ライトバルブの遮光手段の入射側表面に配置され、前記
第１の反射手段は前記第２の反射手段の入射側に配置さ
れ、前記第２のレンズアレイの各正レンズ素子はその主
点が前記第１の反射手段の各開口近傍に配置され、前記
第１のレンズアレイの各正レンズ素子の焦点近傍に前記
第１の反射手段の各開口が配置されたことを特徴とする
ライトバルブ装置。
【請求項２】第２のレンズアレイの各正レンズ素子の焦
点距離は第１のレンズアレイの各正レンズ素子の焦点距
離と等しいまたは略等しいことを特徴とする請求項１記
載のライトバルブ装置。
【請求項３】第２のレンズアレイはライトバルブの入射
側に配置された第１の透明基板の出射側面またはその表
面近傍に形成され、第１の反射手段は前記第２のレンズ
アレイの出射側面に形成され、第１のレンズアレイは前
記第１の透明基板の入射側に配置された第２の透明基板
の出射側面またはその表面近傍に形成されていることを
特徴とする請求項１記載のライトバルブ装置。
【請求項４】第２のレンズアレイはライトバルブの入射
側に配置された透明基板の出射側面またはその表面近傍
に形成され、第１の反射手段は前記第２のレンズアレイ
の出射側面に形成され、第１のレンズアレイは前記透明
基板の入射側面またはその表面近傍に形成されているこ
とを特徴とする請求項１記載のライトバルブ装置。
【請求項５】第１の反射手段はライトバルブの入射側面
またはその表面近傍に形成され、第２のレンズアレイは
前記第１の反射手段の入射側面に形成され、第１のレン
ズアレイは前記ライトバルブの入射側に配置された透明
基板の表面またはその表面近傍に形成されていることを
特徴とする請求項１記載のライトバルブ装置。
【請求項６】第１のレンズアレイの各正レンズ素子の光
軸が第１の反射手段の各開口の光軸と一致または略一致
することを特徴とする請求項１記載のライトバルブ装
置。
【請求項７】第２のレンズアレイの各正レンズ素子の光
軸が第１の反射手段の各開口の光軸と一致または略一致
することを特徴とする請求項１記載のライトバルブ装
置。
【請求項８】第１のレンズアレイは複数の正レンズ素子
をデルタ配列したものであることを特徴とする請求項１
記載のライトバルブ装置。
【請求項９】第１のレンズアレイは複数の正レンズ素子
をデルタ配列したものであり、前記正レンズ素子はその
外形が正六角形であることを特徴とする請求項１記載の
ライトバルブ装置。
【請求項１０】第１のレンズアレイは複数の正レンズ素
子をデルタ配列したものであり、隣接する３個の正レン
ズ素子の中心を結んで作られる三角形が正三角形である
ことを特徴とする請求項１記載のライトバルブ装置。
【請求項１１】第１の反射手段はアルミニウムにより形
成されたものである請求項１記載のライトバルブ装置。
【請求項１２】第２の反射手段はアルミニウムにより形
成されたものである請求項１記載のライトバルブ装置。
【請求項１３】ライトバルブの遮光手段と第２の反射手
段は一体であり、前記遮光手段はアルミニウムにより形
成されたものである請求項１記載のライトバルブ装置。
【請求項１４】第１の反射手段と第２の反射手段は互い
に平行または略平行に配置されていることを特徴とする
請求項１記載のライトバルブ装置。
【請求項１５】第２のレンズアレイの各正レンズ素子の
外形は第１の反射手段の各開口の形状と一致または略一
致することを特徴とする請求項１から請求項１４のいず
れかに記載のライトバルブ装置。
【請求項１６】光源と、前記光源の出射光が入射し映像
信号に応じて光学像が形成されるライトバルブ装置と、
その光学像をスクリーン上に投写する投写レンズとを備
え、前記ライトバルブ装置として請求項１から請求項１
５のいずれかに記載のライトバルブ装置を用いたことを
特徴とする投写型表示装置。
【請求項１７】ライトバルブ装置の第２のレンズアレイ
は、第１のレンズアレイの各正レンズの主平面上の仮想
物体を投写レンズのライトバルブ側瞳面上に形成するよ
うにしたことを特徴とする請求項１６記載の投写型表示
装置。
【請求項１８】光源と、前記光源の出射光が入射し映像
信号に応じて光学像を形成するライトバルブ装置と、そ
の光学像を拡大する拡大レンズとを備え、前記ライトバ
ルブ装置として請求項１から請求項１５のいずれかに記
載のライトバルブ装置を用いたことを特徴とするビュー
ファインダ装置。
【請求項１９】光源は発光手段と、前記発光手段の出射
光を指向性の狭い光に変換する集光レンズとを備えたも
のであることを特徴とする請求項１８記載のビューファ
インダ装置。
【請求項２０】ライトバルブ装置の第２のレンズアレイ
は、第１のレンズアレイの各正レンズの主平面上の仮想
物体を拡大レンズのライトバルブ側瞳面上に形成するよ
うにしたことを特徴とする請求項１８記載のビューファ
インダ装置。