JPH0667168A

JPH0667168A - ライトバルブ装置および該装置を用いた投写型表示装置

Info

Publication number: JPH0667168A
Application number: JP4222425A
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: 1992-08-21
Filing date: 1992-08-21
Publication date: 1994-03-11

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、液晶パネル１２２、第１
レンズアレイ１３６、第３レンズアレイ１３７、第２レ
ンズアレイ１３９を配置し、第１レンズアレイの正レン
ズ素子は、第３レンズアレイの各正レンズ素子より焦点
距離が長く、かつライトバルブの各画素の実像を第３レ
ンズアレイの各正レンズ素子の焦点上に形成し、第２レ
ンズアレイの各正レンズ素子は第１レンズアレイ上の各
正レンズ素子の主面上の仮想物体を第３レンズアレイの
各正レンズ素子の主面に結像させる。

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により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２１，２２，２３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
により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。このとき、この強烈光によるＴ
ＦＴ４６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
によるブラックマトリックス４９が形成されている。Ｔ
ＦＴ４６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、ブラックマトリックス４
９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ブラックマト
リックス４９の開口部５０すべての面積の比）に比例す
る。ブラックマトリックス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１−１８７５０２号公報、特開平３−２０９２１８
号公報など）。

【０００７】液晶パネルに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。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。レンズアレイ板６１は、正レンズ素子６
４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。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。ブラックマトリックス４９の非開口部５１に
入射する光が開口部５０に入射するため、液晶パネル６
３の実質開口率が向上し、投写画像が明るくなる。

【０００８】一般に投写画像の画面中心輝度Ｂは、ライ
トバルブ上の画面中心輝度Ｂｏ、投写光学系の透過率を
τ、スクリーンのゲインをＧ、画像の拡大倍率をｍ、投
写レンズの有効ＦナンバをＦとすると（数５）により表
される。

【０００９】

【数５】

【００１０】また、ライトバルブの画面中心から投写レ
ンズに入射する光線の最大角度をθとすると、前記有効
Ｆナンバは（数６）により表される。

【００１１】

【数６】

【００１２】このため、投写画像の画面中心輝度を上げ
るには、投写レンズのＦナンバを小さくする、投写レン
ズの倍率を小さくする、スクリーンゲインを上げる等の
方法が考えられる。今、スクリーンゲインは一定とする
と、レンズアレイをライトバルブの入射側に配置した
り、大きな光源を使うことによりライトバルブに入射す
る光を増やすことが考えられるが、この場合ライトバル
ブへの光線入射角度が大きくなり、従来の投写レンズで
は利用できない光線が生じる。

【００１３】今、（図１８）のように入射側からライト
バルブ７１、レンズアレイ７２、投写レンズ７３が配置
されているとする。レンズアレイ７２はライトバルブ７
１の画素に対応した複数の正レンズ素子により構成され
ており、透過率は１００％であるとする。レンズアレイ
素子を使用しない場合に各画素から出射する光線のうち
投写レンズ７３に入射できる光線の光軸となす最大角度
をθ₁、レンズアレイ７２を配置したときに投写レンズ
に入射できる光線の光軸となす最大の角度をθ ₂とす
る。このときレンズアレイ７２の各正レンズ素子は各画
素から出射される光線を集光して投写レンズ７３へ導
く。従って、θ₂はθ₁よりも大きい。このとき、ライ
トバルブ７１と投写画像７４の間の倍率が一定であれ
ば、（数６）においてθが大きくなり、すなわち（数
５）においてＦが小さくなり投写画像は明るくなる。

【００１４】一方、投写レンズのみで考えると、レンズ
アレイ７２の各正レンズ素子によりライトバルブ７１の
拡大された虚像７５が形成される。投写レンズ７３はそ
の拡大された虚像７５をスクリーンに投写することにな
り、所定の大きさの投写画像７４を得たときの倍率は小
さくなる。このとき、投写レンズ７３の有効Ｆナンバは
変わらないため、（数５）より投写画像は明るくなる。

【００１５】（図１７）に示した構成において、明るい
投写画像を得るには、光源からの光線がレンズアレイに
より集光された光線が全て画素を通過し、投写レンズに
入射する必要がある。しかし、レンズアレイにより集束
された光線の入射角は、本来、光源が持つ光線の広がり
角より大きくなる。このため入射側にレンズアレイを取
り付けても、従来のＦナンバの投写レンズではその光線
を利用できず、ライトバルブの実質開口率は向上しても
投写画像の明るさは向上しない。そのためレンズアレイ
を通過する光線が全て利用できるように投写レンズのを
明るくしたり、ライトバルブの出射側にレンズアレイを
取り付けることが提案されている（例えば特開平２−１
８１６号公報、特開平４−７０７１５号公報など）。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】投写レンズのＦナンバ
を小さくしたり、ライトバルブの出射側にレンズアレイ
を取り付けた構成の場合、次のような問題が発生する。

【００１７】投写レンズを明るくする場合、投写レンズ
のサイズを大きくする事などが考えられるが、投写レン
ズの大型化、重量増ひいてはコストアップにつながる。
レンズアレイを用いる場合、液晶パネル６３の画素５０
からの出射する光軸となす角度の大きい光線がレンズア
レイに入射するには正レンズ素子６４を画素に近接させ
て配置する必要があり、それには出射側ガラス基板４１
を薄くする必要がある。しかし、出射側ガラス基板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、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２−３０２
７２６号公報）。ところが、イオン交換法により屈折率
分布型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、レンズアレイを２枚のガラス基
板の間に形成する場合、屈折率材質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、出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。

【００１８】次に、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
ため、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。

【００１９】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。

【００２０】

【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、複数の画素をマトリックス配列したライトバルブ
と、前記ライトバルブの隣接した複数の画素により構成
され互いに重ならない一つの集合体である画素群の配列
と相似に複数の正レンズ素子をマトリックス配列した第
１のレンズアレイ手段と、複数の正レンズ素子を前記ラ
イトバルブの画素配列と相似にマトリックス配列した第
２のレンズアレイ手段とを備え、前記第１のレンズアレ
イ手段は前記ライトバルブの出射側に配置され、前記第
２のレンズアレイ手段は前記第１のレンズアレイ手段の
出射側に配置され、前記第２のレンズアレイ手段の各正
レンズ素子の焦点距離は前記第１のレンズアレイ手段の
各正レンズ素子の焦点距離と比較して短く、前記第１の
レンズアレイ手段の各正レンズ素子は前記ライトバルブ
の画素上にある物体を前記第２のレンズアレイ手段の複
数の正レンズ素子の焦点上に形成するようにしたもので
ある。

【００２１】また本発明のライトバルブ装置は、複数の
画素をマトリックス配列したライトバルブと、前記ライ
トバルブの隣接した複数の画素により構成され、互いに
重ならない一つの集合体である画素群の配列と相似に複
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
アレイ手段と、複数の正レンズ素子を前記ライトバルブ
の画素配列と相似にマトリックス配列した第２のレンズ
アレイ手段と、複数の正レンズ素子を前記ライトバルブ
の画素配列と相似にマトリックス配列した第３のレンズ
アレイ手段とを備え、前記第１のレンズアレイ手段は前
記ライトバルブの出射側に配置され、前記第３のレンズ
アレイ手段は前記第１のレンズアレイ手段の出射側に配
置され前記第２のレンズアレイ手段は前記第３のレン
ズアレイ手段の出射側に配置され、前記第２のレンズア
レイ手段の各正レンズ素子の焦点距離は前記第１のレン
ズアレイ手段の各正レンズ素子の焦点距離と比較して短
く、前記第１のレンズアレイ手段の各正レンズ素子は前
記ライトバルブの画素上にある物体を前記第２のレンズ
アレイ手段の複数の正レンズ素子の焦点上に形成するよ
うにし、前記第３のレンズアレイ手段の各正レンズ素子
は、前記第１のレンズアレイ手段の各正レンズ素子上の
物体を前記第２のレンズアレイ手段の対応する正レンズ
素子上に結像させるようにしたものである。

【００２２】いずれのライトバルブ装置でも、第２のレ
ンズアレイ手段の各正レンズ素子の光軸は、第１のレン
ズアレイ手段の正レンズ素子の光軸と一致させるか、ま
たは第１のレンズアレイ手段の隣接する２つの正レンズ
素子の中心を結ぶ直線の中点を通るようにするとよい。
さらに、ライトバルブ装置の画素が正方配列の場合に
は、第１のレンズアレイ手段の各正レンズ素子の光軸が
第２のレンズアレイ手段の隣接する４つの正レンズ素子
の中心により構成される四角形の中心を通るようにして
もよい。また、ライトバルブ装置の画素がデルタ配列の
場合には、第１のレンズアレイ手段の各正レンズ素子の
光軸が第２のレンズアレイ手段の隣接する３つの正レン
ズ素子の中心により構成される三角形の外心を通るよう
にしてもよい。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】

【作用】本発明のライトバルブ装置の第１の構成のモデ
ルを（図１）に示す。入射側から順にライトバルブ８
１、第１のレンズアレイ手段８２、第２のレンズアレイ
手段８３が配置されている。ここでは、ライトバルブ８
１、第１のレンズアレイ手段８２、第２のレンズアレイ
手段８３はいずれも非常に薄く、間は空気とする。ライ
トバルブ８１の画素７４は正方配列とする。第１のレン
ズアレイ手段８２、第２のレンズアレイ手段８３、それ
ぞれ正方形の正レンズ素子８５，８６を正方配列したも
のであり、いずれも非レンズ領域はないとする。正レン
ズ素子８５，８６はすべて薄肉レンズとし、無収差の理
想的なレンズと仮定する。第１のレンズアレイ手段８２
のピッチは、ライトバルブ８１の画素ピッチの３倍と
し、第２のレンズアレイ手段８３のピッチは、ライトバ
ルブ８１のピッチと全く同一とし、第１のレンズアレイ
手段８２の各正レンズ素子８５の光軸８７は第２レンズ
アレイ手段８３の対応する正レンズ群の中心の正レンズ
素子の光軸８８と一致し、第２レンズアレイ手段８３の
各正レンズ素子８５の光軸８８はライトバルブ８１の画
素８４の中心８９を通ると仮定する。

【００２６】（図１）に対応する光路図を（図２）に示
す。ライトバルブに入射する光線は角度のある光線であ
るとする。すなわち、ライトバルブからの出射光線も入
射光線と同じ角度を持つ。ライトバルブからの出射光９
０が第１のレンズアレイ手段８１に入射すると、第１の
レンズアレイ手段８１の各正レンズ素子８５は、それぞ
れ画素に対応する微小な実像９１を形成する。つまり、
第１のレンズアレイ手段８１の出射側に、ライトバルブ
８１の画素群９２の１８０゜回転した等倍の実像９３が
形成される。第１のレンズアレイ手段８２の各正レンズ
素子８５によって作られる画素像９１のピッチはライト
バルブ８１上に形成される画素８４のピッチと等しい。
第２のレンズアレイ手段８３の各正レンズ素子８６は第
１のレンズアレイ手段８２の各正レンズ素子８５によっ
て形成された画素像９１の位置に焦点を持つ。つまり、
第２のレンズアレイ手段８３の入射側焦点面に、第２の
画素像群９３が形成される。このため、第２のレンズア
レイ手段８３の各正レンズ素子８６には第２の画素像群
９３から出射する光線が入射し、光線の広がり角度を小
さくして投写レンズへと入射させる。これにより、レン
ズアレイがない場合よりもライトバルブから射出する角
度の大きい光線が投写レンズへ入射することができるた
め、投写画像を明るくできる。

【００２７】第１のレンズアレイ手段８２の各正レンズ
素子８５の焦点距離をｆ₁、第２のレンズアレイ手段８
３の各正レンズ素子８６の焦点距離をｆ₂とする。ライ
トバルブ８１の画素８４から第１のレンズアレイ手段８
２の主点までの距離をａ、第１のレンズアレイ手段８２
の主点から第２のレンズアレイ手段８３の焦点までの距
離をｂ、第２のレンズアレイ手段８３の主点から焦点ま
での距離をｃとすると、

【００２８】

【数７】

【００２９】

【数８】

【００３０】

【数９】

【００３１】となる。本発明のライトバルブの第２の構
成のモデルを（図３）に示す。入射側から順にライトバ
ルブ１０１、第１のレンズアレイ手段１０２、第３のレ
ンズアレイ手段１０４、第２のレンズアレイ手段１０３
が配置されている。ここで、ライトバルブ１０１、第１
のレンズアレイ手段１０２、第２のレンズアレイ手段１
０３、第３のレンズアレイ手段１０４は前記第１の構成
と同じく、いずれも非常に薄く間は空気とする。

【００３２】ライトバルブ１０１、第１のレンズアレイ
手段１０２、第２のレンズアレイ手段１０３の構成、各
画素１０５および、各正レンズ素子１０６，１０７の配
置は、前記第１の構成と同一である。第３レンズアレイ
手段１０４は正方形の正レンズ素子１０８を正方配列し
たもので、非レンズ領域はないものとする。正レンズ素
子１０８は全て薄肉レンズとし、無収差の理想的なレン
ズと仮定する。第３レンズアレイ手段１０４のピッチは
ライトバルブ１０１の画素ピッチと全く同一とし、第３
のレンズアレイ手段１０４の各正レンズ素子１０８の光
軸１１０は対応する第２のレンズアレイ手段１０３の正
レンズ素子１０７の光軸１１２と一致すると仮定する。

【００３３】（図３）に対応する光路図を（図４）に示
す。画素の中心から出射される光線は前記第１の構成と
同様に第１のレンズアレイ手段１０２の各正レンズ素子
１０６により第２レンズアレイ手段１０３の各正レンズ
素子１０７の焦点上に画素１０５の実像１１５を形成す
る。第３レンズアレイ手段１０４は各正レンズ素子１０
８の主面が第１レンズアレイ手段１０２の各正レンズ素
子１０６による画素像群１１７と一致するように配置さ
れており、従って第２レンズアレイ手段１０３の各正レ
ンズ素子１０７の焦点も第３レンズアレイ手段１０４の
各正レンズ素子１０８の主面上に形成される。

【００３４】第３のレンズアレイ手段１０４の各正レン
ズ素子１０８は、第１のレンズアレイ手段１０２の各正
レンズ素子１０６の主面上の仮想物体を第２のレンズア
レイ手段１０３の各正レンズ素子１０７の主面上に結像
させる。すなわち第１レンズアレイ手段１０２の各正レ
ンズ素子１０６から出射し、対応する第３のレンズアレ
イ手段１０４の各正レンズ素子１０８に入射する光線を
全て第２のレンズアレイ手段１０３の正レンズ素子１０
７に入射させる。これにより、画素１０５の端部から出
射して第１レンズアレイ手段１０２の正レンズ素子１０
６の端部を通過する光線も第２レンズアレイ手段１０３
の正レンズ素子１０７に入射し、投写レンズへ入射でき
る。従って、第３のレンズアレイ手段１０４を配置しな
い場合に比べて投写画像は明るくなる。

【００３５】第２の構成においても前記第１の構成と同
じく、（数７）、（数８）、（数９）が成立し、さら
に、第３のレンズアレイ手段１０４の各正レンズ素子１
０８の焦点距離をｆ₃とすると、

【００３６】

【数１０】

【００３７】となる。本発明の第１の構成と第２の構成
は共に（図５（ａ））に示したパターンを投写するため
に、ライトバルブの各画素に（図５（ｂ））に示すよう
に各画素群ごとに配列が１８０゜回転して表示されてい
る。これにより、第１のレンズアレイ手段の各正レンズ
素子が形成する画素像群はそれぞれ（図５（ａ））に示
す配置で結像し、この像が投写レンズによりスクリーン
に拡大投写される。

【００３８】（図１）および（図３）に示したモデルに
おいて、ａはライトバルブ８１，１０１により制約され
るが、ｂ＋ｃを制約する要因は存在しない。従って、第
２のレンズアレイ手段８２，１０３の焦点距離ｆ2は短
くすることができる。また、上述のように第１のレンズ
アレイ手段８１，１０２からの出射光は第２のレンズア
レイ手段８３，１０３の複数の正レンズ素子８６，１０
７により光軸となす角度を小さくされ、投写レンズに到
達するため、投写画像は明るくなる。

【００３９】（図２）、（図４）に示した構成により投
写画像を明るくする場合の望ましい条件について説明す
る。ライトバルブの複数の画素から第１のレンズアレイ
手段の正レンズ素子に光が入射し、第２のレンズアレイ
手段を通過する一般的な場合の光路図を（図６）に示
す。ライトバルブ８１の隣接する９個の画素を一つの画
素群と考える。この画素群に対して第１レンズアレイ手
段８２の一つの正レンズ素子８５が対応し、ライトバル
ブ８１の個々の画素８４に対応して第２レンズアレイ手
段８３の正レンズ素子８６が配置されている。（図６）
に示す状態の場合、画素８４ａから出射する光線はその
全てが第１レンズアレイ手段８２の正レンズ素子８５ａ
に入射している。しかし、画素８４ｂから出射する光線
は正レンズ素子８５ａと正レンズ素子８５ｂに入射し、
正レンズ素子８５ｂに入射した光線は投写レンズへ入射
できない。また、正レンズ素子８５ａに入射した光線の
うち一部が第２のレンズアレイ手段８３の対応する正レ
ンズ素子８６に入射されず、利用されない場合もある。
この無駄を少なくするには第１レンズアレイ手段８２の
１個の正レンズ素子８５ａの端１２０から出射する光線
が、第２のレンズアレイ手段８３の隣接する複数の正レ
ンズ素子８６ａ，８６ｂ，８６ｃの集合の端１２１を通
るようにすればよい。この条件は、第１のレンズアレイ
手段８２の各正レンズ素子８５の焦点距離をｆ₁、第２
レンズアレイ手段８３の各正レンズ素子８６の焦点距離
をｆ₂、正整数をｍとして、

【００４０】

【数１１】

【００４１】となる。本発明の第１の構成および第２の
構成では、ライトバルブの９個の画素からの出射光が１
つの第１のレンズアレイ手段８３の正レンズ素子に入射
する場合を示したが、９個に限らず、２５個、４９個と
多くすることも可能である。いずれの場合も、（数１
１）を満足するのが望ましい。

【００４２】一つの画素群が垂直方向、水平方向、それ
ぞれ奇数個の画素が配列されている場合、画素群の中心
より等距離に配置された画素の明るさは等しいが、画素
群の中心からの距離が異なると、中心から遠くに配置さ
れた画素ほど中心に比べると暗くなる。このため各画素
ごとに輝度変調を行う必要がある。

【００４３】本発明によればライトバルブより出射する
光線の光軸となす角度の大きい光線まで投写レンズに入
射させることができる。このため、ライトバルブに入射
する光線の入射角度が大きくなければならない。

【００４４】本発明によれば、ライトバルブ層からライ
トバルブの出射側面までの距離を短くすることができな
い場合でも、本発明の第１の構成もしくは第２の構成の
ように複数のレンズアレイ手段を用いることにより、実
質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。

【００４５】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のレンズアレイ手段の各正レンズの
光軸と第２のレンズアレイ手段および第３のレンズアレ
イ手段の各正レンズ群の中心軸とが一致する場合につい
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本発明の意図する
効果が得られる。

【００４６】

【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。

【００４７】本発明のライトバルブ装置の第１の実施例
の構成を（図７）に示す。１２１は入射側偏光板、１２
２は液晶パネル、１３６は第１レンズアレイ、１３７は
第３レンズアレイ、１３９は第２レンズアレイ、１２６
は出射側偏光板である。

【００４８】ライトバルブ装置は、入射側から順に、入
射側偏光板１２１、液晶パネル１２２、第１レンズアレ
イ板１２３、第２レンズアレイ板１２５、出射側偏光板
１２６により構成されている。

【００４９】液晶パネル１２２は、２枚のガラス基板１
２７，１２８の間にＴＮ液晶１２９を封入したものであ
る。出射側ガラス基板１２８の液晶層１２９側には、透
明導電性膜による画素電極１３１がマトリックス状に形
成され、各画素電極１３１の近傍にはスイッチング素子
としてＴＦＴ１３０が設けられている。隣接する画素電
極１３１の間には信号線と走査線が形成され、各ＴＦＴ
１３０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１３１に
接続されている。入射側ガラス基板１２７の液晶層１２
９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ＴＦＴ１３０、信号線、走査線を覆うように金属
薄膜によるブラックマトリックス１３２が形成されてい
る。ブラックマトリックス１３２の開口部が画素１３３
となる。画素電極１３１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１３
３の液晶層に電界を加えると、電界に応じて液晶層の旋
光性が変化するため、液晶パネル１２２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１２１と出射側偏光板１２６の作用
により透過率の変化による光学像となる。

【００５０】液晶パネル１２２の画素数は水平４８０×
垂直４６０、表示画面の寸法は水平４４．６４ｍｍ×垂
直３３．５８ｍｍ、画素ピッチは水平９４μｍ×垂直７
３μｍである。画素１３３は、（図８）に示すように正
方配列であり、画素の寸法は水平５３μｍ×垂直３２μ
ｍ、開口率は２５％である。２枚のガラス基板１２７，
１２８は、いずれも厚さが１．１ｍｍ、屈折率が１．５
２である。第１レンズアレイ板１２３はライトバルブ１
２２の出射側に配置したガラス基板１３５の入射側面に
第１レンズアレイ１３６を、出射側面に第３レンズアレ
イ１３７を形成したものである。第２レンズアレイ板１
２５はガラス基板１３５の出射側に配置したガラス基板
１３８の入射面に第２レンズアレイ１３９を形成したも
のである。各レンズアレイ１３６，１３７，１３９は、
いずれもガラス基板１３５，１３８の上に薄い透明樹脂
１４０，１４１，１４２を重ね、その表面に複数の正レ
ンズ素子１４３，１４４，１４５をマトリックス状に形
成したものである。

【００５１】正レンズ素子１４３，１４４，１４５は、
それぞれ（図８）に示すように、正方配列としている。
第１レンズアレイ１３６の正レンズ素子１４３は有効領
域が長方形で配列ピッチは液晶パネル１２２の画素ピッ
チの３倍の水平２８２μｍ×垂直２１９μｍであり、第
２レンズアレイ１３９および第３レンズアレイ１３７の
正レンズ素子１４５，１４４は、いずれも有効領域が長
方形で、配列ピッチは液晶パネル１２２の画素ピッチと
同じ水平９４μｍ×垂直７３μｍである。いずれのレン
ズアレイ１３６，１３７，１３８も隣接する正レンズ素
子の間には幅が約５μｍの非レンズ部１４６，１４７，
１４８が設けられている。第１レンズアレイ板１２３
は、ガラス基板１３５の厚さが１．１ｍｍ、屈折率が
１．５２、第１レンズアレイは焦点距離が３６０μｍ、
第３レンズアレイは、焦点距離が１２０μｍである。第
２レンズアレイ板１２５は、ガラス基板１３８の厚さが
１．１ｍｍ、屈折率が１．５２、第２レンズアレイ１３
９の焦点距離が１４５μｍである。３つのレンズアレイ
１３６，１３７，１３９は、ガラス基板１３５，１３８
上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１３５，
１３８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。

【００５２】第１レンズアレイ板は第１レンズアレイの
各正レンズ素子の光軸が液晶パネル１２２の隣接する９
個の画素１３３からなる画素群の中心１５４を通るよう
にし、また第３レンズアレイ１３７の各正レンズ素子の
光軸は液晶パネルの各画素の中心を通るように配置して
いる。第２レンズアレイ１３９は、第２レンズアレイ１
３９の各正レンズ素子１４５の光軸１４９と第３レンズ
アレイ１３７の各正レンズ素子１４４の光軸１５０とが
一致するよう配置している。

【００５３】液晶パネルの出射側ガラス基板と第１レン
ズアレイ板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。また第１レンズアレイ板と第２レンズ
アレイ板とはその周辺部に１．４ｍｍ厚のスペーサを配
置し接着剤で固着している。入射側偏光板１２１は液晶
パネル１２２から分離されており、出射側偏光板１２６
は第２レンズアレイ板１２５の出射側に貼付されてい
る。

【００５４】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９）は、その構成を示したもので
あり、１６１は光源、１６５はフィールドレンズ、１６
６はライトバルブ装置、１６７は投写レンズ、１６８は
スクリーンである。

【００５５】ライトバルブ装置１６６は、（図７）、
（図８）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１２１、液晶パネル１２２、第１レンズアレ
イ板１２３、第２レンズアレイ板１２５、出射側偏光板
１２６で構成されている。光源１６１は、ランプ１６
２、凹面鏡１６３、フィルタ１６４により構成されてい
る。ランプ１６２はハロゲンランプであり、ランプ１６
２から放射される光は凹面鏡１６３により反射されて広
がりを持った光線として出射する。フィルタ１６４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１６３からの出射光から
赤外光を除去する。

【００５６】光源１６１からの出射光は、フィールドレ
ンズ１６５を透過して、集光されある程度の広がりを持
った光線としてライトバルブ装置１６６に入射し、その
出射光は投写レンズ１６７に入射する。こうして、液晶
パネル１２２に形成された画像は投写レンズ１６７によ
りスクリーン１６８上に拡大投写される。フィールドレ
ンズ１６５は、光源１６１から液晶パネル１２２の周辺
部の画素に入射する主光線を液晶層１２９と垂直にする
ために用いる。投写レンズ１６７は、液晶パネル１２２
の出射側に配置される補助レンズ１６９と主投写レンズ
１７０により構成され、口径比はＦ４．０である。補助
レンズ１６９は、液晶パネル１２２のすべての画素を通
過する主光線を液晶層１２９と垂直にするためのもので
ある。こうして、液晶パネル１２２の画素１３３から出
射する光線は第１レンズアレイ１３６の正レンズ素子１
４３に入射する光線は、第２レンズアレイ１３７の対応
する正レンズ素子１４５を通過し入射角度を小さくされ
て、投写レンズ１６７に入射する。

【００５７】（図７）、（図８）に示した構成の作用に
ついて説明する。（図７）に示すように、光源１６１か
らの出射光１７５が液晶パネル１２２に入射する。液晶
パネル１２２の各画素１３３上からの出射光は第１レン
ズアレイ１３６に入射し、１８０゜回転した等倍の画素
像群を第３レンズアレイ１３７の主面上に形成する。

【００５８】液晶パネル１２２の各画素１３３から出射
される主光線が第１レンズアレイ１３６の正レンズ素子
１４３の光軸１５１となす角が大きくなるにつれ、第１
レンズアレイ１３６の各正レンズ素子１４３により利用
可能な光量が減少する。このため、９個の隣接する画素
の中心に配置した画素１３３ｅからの出射光に比べ、そ
の周囲の８個の画素１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃ，１
３３ｄ，１３３ｆ，１３３ｇ，１３３ｈ，１３３ｉから
の出射光量は低下する。一つの画素群中では、対応する
第１レンズアレイ１３６の正レンズ素子１４３の光軸が
液晶層を通る点１５４からの距離が大きい画素の像ほど
暗くなる。画素間の輝度のバラツキが目立つ場合には光
量比に応じた輝度変調を行うとよい。輝度変調を行う際
には、第１レンズアレイ１３６の正レンズ素子１４３の
光軸１５２が液晶層１２９と交わる点１５４からもっと
も遠い位置にある画素１３３ａ，１３３ｃ，１３３ｇ，
１３３ｉを基準し、他の画素１３３ｂ，１３３ｄ，１３
３ｅ，１３３ｆ，１３３ｈの輝度を減少させる。具体的
には、フレームメモリとルックアップテーブルを用い、
映像信号を一度フレームメモリにストアし、各画素の信
号にルックアップテーブル上に記録された信号レベルに
応じた補正係数を掛け合わせた後、液晶パネルに供給す
る。これにより、輝度のバラツキのない投写画像がスク
リーン上に表示される。

【００５９】一つの画素群をなす液晶パネル上の９画素
１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃ，１３３ｄ，１３３ｅ，
１３３ｆ，１３３ｇ，１３３ｈ，１３３ｉは、第１レン
ズアレイの正レンズ素子により１８０゜回転した画素像
を形成するという問題を生じる。そこで、各画素にあら
かじめ（図５（ｂ））に示すように一つの画素群内にお
いて１８０゜回転させた配列の駆動信号を与えれば、画
素像群に（図５（ａ））の画像を形成できる。画素群内
での画素の入れ替えは、映像信号を一度フレームメモリ
にストアし、画素の入れ替えを行った後に液晶パネルに
供給することにより行う。これにより、各画素群の中
で、１８０゜回転させた配列の画素像が得られ、スクリ
ーン上には（図５（ａ））に示した配列の画像が表示さ
れる。

【００６０】第３レンズアレイ１３７の主面上に形成さ
れた画素像群からの光線は、この位置に焦点を持つ第２
レンズアレイ１３８により主光線の出射角度を小さくさ
れ、投写レンズ１６７へと入射する。

【００６１】また、画素の端部より出射し、第３レンズ
アレイ１３７の主面上に形成された画素像の端部に入射
する光線も対応する第２レンズアレイ１３８の対応する
正レンズ素子へ入射し、明るい投写画像が得られる。

【００６２】ライトバルブ装置１６６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１６７により拡大投写され、スクリーン
１６８上に拡大された白黒の投写画像が表示される。

【００６３】２つのレンズアレイ板１２３，１２５を組
み合わせて実験すると、出射側にレンズアレイを用いな
い場合に比べて、投写画像の画面中心付近の明るさを約
１．６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。

【００６４】（図１８）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出射側ガラス基板を
薄くするか、投写レンズのＦナンバを小さくする必要が
あったが、（図７）に示した本発明の構成では、液晶パ
ネル１２２の出射側ガラス基板１２８を薄くしないで
も、また投写レンズ１６７のＦナンバを小さくしなくて
も投写画像を明るくすることができる。出射側ガラス基
板１２８を薄くする必要がないため、液晶層１２９の厚
さの均一性を確保することができ、液晶パネル１２２に
高画質の画像を表示することができる。そのため、（図
７）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。

【００６５】本発明のライトバルブ装置の第２の実施例
の構成を（図１０）に示す。１８１は入射側偏光板、１
８２は入射側レンズアレイ板、１８３は液晶パネル、１
８４は出射側レンズアレイ板、１８５は出射側偏光板で
ある。

【００６６】ライトバルブ装置１８２は、入射側から順
に、入射側偏光板１８１、入射側レンズアレイ板１８
２、液晶パネル１８３、出射側レンズアレイ板１８４、
出射側偏光板１８５により構成されている。

【００６７】液晶パネル１８３は、（図７）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１１）に示すようなデルタ配列である。
出射側ガラス基板１８６の液晶層１８７側には、画素電
極１８８とＴＦＴ１８９が設けられている。入射側ガラ
ス基板１９０の液晶層１８７側には、ＴＦＴを遮光する
ためのブラックマトリックス１９１が設けられ、その上
にモザイク状のカラーフィルタ１９２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４
８０×垂直４６０、表示画面の寸法は水平３０．７ｍｍ
×垂直２３．０ｍｍ、画素ピッチは水平６４μｍ×垂直
５０μｍである。画素の寸法は水平３３μｍ×垂直２９
μｍ、開口率は２５％である。入射側ガラス基板１９
０、および出射側ガラス基板１８６の厚さは１．１ｍ
ｍ、屈折率は１．５２である。

【００６８】入射側レンズアレイ板１８２は、ガラス基
板１９３の入射側面に第１レンズアレイ１９４を形成
し、出射側面に第２レンズアレイ１９５を形成したもの
である。入射側第１レンズアレイ１９４、入射側第２レ
ンズアレイ１９５は、いずれもガラス基板１９３の上に
薄い透明樹脂１９６，１９７を重ね、その表面に凸レン
ズ面１９８，１９９を形成したものである。

【００６９】各正レンズ素子１９８，１９９は、有効領
域が六角形であり、液晶パネル１８３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１９８，１９９
は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。入射側第１レンズアレイ１９４の各正レンズ
素子１９８の光軸は、入射側第２レンズアレイ１９５の
対応する正レンズ素子１９９の光軸と一致し、さらに液
晶パネル１８３の対応する画素２００中心２０１を通る
ようにしている。ガラス基板１９３は、厚さが１．４ｍ
ｍ、屈折率が１．５２であり、第１レンズアレイ１９４
の焦点距離は２４０μｍ、第２レンズアレイ１９５の焦
点距離は３６０μｍ、屈折率は１．５２である。

【００７０】出射側レンズアレイ板１８４は液晶パネル
１８３の出射側にガラス基板２０２を配置し、入射側側
面に出射側第１レンズアレイ２０３を、出射側側面に出
射側第２レンズアレイ２０４を形成したものである。各
レンズアレイ２０３，２０４は、いずれもガラス基板２
０２の上に薄い透明樹脂２０５，２０６を重ね、その表
面に凸レンズ面２０７，２０８を形成したものである。
第１レンズアレイの各正レンズ素子は（図１１）に示す
ように有効領域が六角形であり、液晶パネルの７画素か
ら成る一つの画素群と同一のピッチで、出射側第２レン
ズアレイの各正レンズ素子２０７，２０８は、（図１
３）に示すように、有効領域が六角形であり、液晶パネ
ル１８３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２０７，２０８は隣接する正レンズ素子との
間に幅５μｍの非レンズ部２０９，２１０を有する。出
射側第１レンズアレイ２０３の各正レンズ素子２０７の
光軸２１１は液晶パネルの対応する画素群の中心に配置
された画素２００ｄの光軸２１２と一致し、出射側第２
レンズアレイ２０４の各正レンズ素子２０８の光軸２１
３は、対応する液晶パネル１８３の画素２００の中心２
１４を通過する。ガラス基板１９８は、厚さが１．３ｍ
ｍ、屈折率が１．５２であり、出射側第１レンズアレイ
２０３の焦点距離は３６０μｍ、出射側第２レンズアレ
イ２０４の焦点距離は１４５μｍである。

【００７１】入射側レンズアレイ板１８２と液晶パネル
１８３の入射側ガラス基板１９０とは間に薄い空気層を
挟んで周辺部を接着材で固着している。また、出射側レ
ンズアレイ板１８４と液晶パネル１８３の出射側ガラス
基板１８６とは間に薄い空気層を挟んで周辺部を接着材
で固着している。

【００７２】（図９）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１０）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。この場合、光源１６３から出射する平行に近い
光線は、液晶パネル１８３の入射側に設けられた入射側
レンズアレイ板１８２により集光され画素へ入射する。
入射側レンズアレイ板１８２へ入射した光線は、まず入
射側第１レンズアレイ１９４により、入射側第１レンズ
アレイ１９４の各正レンズ素子１９８の焦点２１５に微
小光源像を形成する。この微小光源像から出射する光線
を入射側第２レンズアレイ１９５により各画素へと入射
させる。これにより、光源１６３から出射する光線は入
射角度の大きい光線として各画素へ入射する。

【００７３】この場合も、出射側第１レンズアレイ２０
３の正レンズ素子２０７により出射側第２レンズアレイ
２０４の正レンズ素子２０８の焦点２１６上に画素の像
が形成される。７つの画素から出射する光線は出射側第
１レンズアレイ２０３の正レンズ素子２０７により出射
側第２レンズアレイ２０４の焦点２１５上に画素像を形
成し、この画素像から出射する光線が出射側第２レンズ
アレイ２０４により出射角を小さくして投写レンズ１６
７に入射する。

【００７４】このとき、第１の実施例と同様に一つの画
素群の中では、出射側第１レンズアレイ２０３の正レン
ズ素子２０７の光軸２１１と液晶層１８７の交点２１５
を中心に画素を１８０゜回転した表示を行う。これによ
り、スクリーン上に正常な投写画像が表示される。

【００７５】また第１の実施例と同様に、画素間の輝度
バラツキが目立つ場合には、光量比に応じた輝度変調を
行うとよい。このとき、画素２００ｃ，２００ｅを基準
とし、画素２００ａ，２００ｂ，２００ｄ，２００ｆ，
２００ｇには輝度変調を行い輝度を低下させる。これに
より、輝度のバラツキのない投写画像がスクリーン上に
表示される。

【００７６】これにより入射側レンズアレイ板１８２に
より集光された光線が、液晶パネル１８３を通過し、投
写レンズ１６７によりスクリーン１６８に結像され、前
出の実施例と同様に明るい投写画像を得られる。実験で
は、投写画像の中心付近の明るさが、レンズアレイ板が
ない場合に比べて約１．６倍となった。

【００７７】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１２）はその構成を示したものであり、２２１はラ
イトバルブ装置、２２６は光源、２２９は接眼レンズで
ある。

【００７８】ライトバルブ装置２２１は、各部の寸法は
異なるが、（図１０）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２２２、入射側レン
ズアレイ板２２３、液晶パネル２２４、出射側第１レン
ズアレイ板２２５、出射側偏光板２２６により構成され
ている。液晶パネル２２４は、（図１０）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１８μ
ｍ×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。第１レンズアレイ基板は、厚さが１．
３ｍｍ、屈折率が１．５２であり、第１レンズアレイの
焦点距離は３６０μｍ、第２レンズアレイの焦点距離は
１４５μｍである。液晶パネルは、画素群単位で各画素
を入れ替えるために、各画素への信号線を３ライン一組
として、上下および左右を入れ替えて駆動している。

【００７９】光源２２７は、ランプ２２８と集光レンズ
２２９により構成されている。ランプ２２８は、直径が
７ｍｍ、長さが２０ｍｍの直流点灯の蛍光管である。ラ
ンプ２２８から広がって出射する光は、集光レンズ２２
９により指向性の狭い光に変換され、ライトバルブ装置
２２１に入射し、その出射光は接眼レンズ２３０に入射
する。観察者が接眼レンズ２３０を覗くと、ライトバル
ブ装置２２１上の画像の拡大された虚像を観察すること
ができる。このとき、出射側レンズアレイ板により各画
素が拡大されて見え、ブラックマトリックスの細くなっ
た画像を見ることができる。

【００８０】以上の構成要素は、すべて１つの筐体２３
１に収納されている。ランプ２２８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。

【００８１】（図１２）に示したビューファインダ装置
は、レンズアレイを用いることにより各画素が拡大され
その拡大像を接眼レンズにより拡大するため、各画素間
のブラックマトリックスが目立たなくなり高品位の画像
が得られる。

【００８２】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レンズアレイ、第２レンズアレ
イおよび第３レンズアレイはそれらを支持するものが必
要となる。前出の実施例の他に、本発明の第１の構成に
おいては、液晶パネルの出射側ガラス基板の出射側面に
第１レンズアレイを形成し、第１レンズアレイの出射側
にガラス基板を近接配置し、そのガラス基板の出射側面
に第２レンズアレイを形成する構成も可能である。ま
た、液晶パネルの出射側ガラス基板の出射側に第１のガ
ラス基板を近接配置し、第１のガラス基板の入射側面に
第１レンズアレイを形成し、第１のガラス基板の出射側
に第２のガラス基板を配置し、第２のガラス基板の入射
側面に第２レンズアレイを形成する構成も可能である。

【００８３】本発明の第２の構成においては、液晶パネ
ルの出射側ガラス基板の出射側に第１のガラス基板を配
置し、第１のガラス基板の出射側に第２のガラス基板を
配置し、第２のガラス基板の出射側に第３のガラス基板
を配置し、第１のガラス基板の入射側面に第１レンズア
レイを形成し、第２のガラス基板の入射側面に第３レン
ズアレイを、第３のガラス基板の入射側面に第２レンズ
アレイを形成する構成も可能である。液晶パネルの出射
側ガラス基板の出射側に第１のガラス基板を配置し、第
１のガラス基板の出射側に第２のガラス基板を配置し、
第１のガラス基板の入射側面に第１レンズアレイを形成
し、第２のガラス基板の入射側面に第３レンズアレイ
を、出射側面に第２レンズアレイを形成する構成も可能
である。液晶パネルの出射側ガラス基板の出射側面に第
１レンズアレイを形成し、第１レンズアレイの出射側に
第１のガラス基板を配置し、第１のガラス基板の出射側
に第３レンズアレイを形成し、第３レンズアレイの出射
側に第２のガラス基板を配置し、第２のガラス基板の入
射側面に第２レンズアレイを形成する構成も可能であ
る。液晶パネル出射側ガラス基板の出射側面に第レンズ
アレイを形成し、第１レンズアレイの出射側にガラス基
板を配置し、ガラス基板の入射側面に第３レンズアレイ
を、ガラス基板の出射側面に第２レンズアレイを形成す
る構成も可能である。

【００８４】（図８）、（図１１）には第１レンズアレ
イの各正レンズ素子の光軸と第２レンズアレイの対応す
る正レンズ素子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。（図１３（ａ））に示すよ
うに、第１レンズアレイ２４１の正レンズ素子２４２の
光軸２４３が、第２レンズアレイ２４４の隣接する２つ
の正レンズ素子２４５ａ，２４５ｂの中心２４６ａ，２
４６ｂを結ぶ直線の中点２４７を通るようにしてもよ
い。ただし、光軸２４３は液晶パネル２４８の隣接する
二つの画素２４９ａ，２４９ｂの中心２５０ａ，２５０
ｂの中点２５１を通過する必要がある。液晶パネルの画
素がデルタ配列の場合も、（図１３（ｂ））に示すよう
に、第１レンズアレイ２５１の正レンズ素子２５２の光
軸２５３が、第２レンズアレイ２５４の隣接する２つの
正レンズ素子２５５ａ，２５５ｂの中心２５６ａ，２５
６ｂを結ぶ直線の中点２５７を通り、液晶パネル２５８
の画素２５９ａ，２５９ｂの中心２６０ａ，２６０ｂの
中点２６１を通過するようにしてもよい。また、正方配
列の場合には、（図１４（ａ））に示すように、第１レ
ンズアレイ２６６の正レンズ素子２６７の光軸２６８が
第２レンズアレイ２６９の隣接する４つの正レンズ素子
２７０ａ，２７０ｂ，２７０ｃ，２７０ｄの中心で構成
される四角形２７１の中心２７２を通り、液晶パネル２
７３の画素２７４ａ，２７４ｂ，２７５ｃ，２７６ｄの
中心で構成される四角形２７５の中心２７６を通るよう
にしてもよい。デルタ配列の場合には、（図１４
（ｂ））に示すように、第１レンズアレイ２８１の正レ
ンズ素子２８２の光軸２８３が、第２レンズアレイ２８
４の正レンズ素子２８５ａ，２８５ｂ，２８５ｃの中心
で構成される三角形２８６の外心２８７を通り、ライト
バルブ２８８の隣接する３画素２８９ａ，２８９ｂ，２
８９ｃの中心で構成される三角形２９０の外心２９１を
通るようにしてもよい。

【００８５】いずれの場合も、第１レンズアレイにより
形成される画素像が、第２レンズアレイの各正レンズ素
子の焦点に形成され、その出射光を投写レンズに入射さ
せることができる。第３レンズアレイは第１レンズアレ
イにより結像される画素像群が主面上に形成され、（数
９）に示した条件を満たすようにすればよい。

【００８６】（図１３（ａ））、（図１３（ｂ））に示
した構成の場合投写レンズに無駄のない条件は、（数１
１）に示した条件で表される。

【００８７】（図１４（ａ））（図１４（ｂ））に示し
た構成の場合、投写レンズに無駄のない条件は、（数１
１）に示した条件と異なり、第１レンズアレイの焦点距
離をｆ₁ 、第２レンズアレイの焦点距離をｆ₂ 、ｍを正
整数とすると、

【００８８】

【数１２】

【００８９】となる。第２レンズアレイおよび第３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小さくしてもよい。光路図の簡単
な作図により、第２レンズアレイおよび第３レンズアレ
イのピッチと配置を最適に選べば、第１レンズアレイの
各正レンズ素子により形成される画素の実像から射出さ
れる光線を第２レンズアレイ、第３レンズアレイを通し
て投写レンズに入射することができる。このようにする
と、液晶パネルの周辺部の画素から出射する主光線を内
側に向けることができるため、（図９）に示した構成に
用いられている補助レンズ１６９を省略することもでき
る。

【００９０】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、液晶パネルの画素群に対して第１レンズアレ
イの正レンズ素子群、第２レンズアレイの正レンズ素子
群、および第３レンズアレイの正レンズ素子群ををわず
かに平行移動し、第１レンズアレイにより形成される各
画素の実像が第３レンズアレイの主面上に、即ち第２レ
ンズアレイの各焦点に形成されるようにするとよい。

【００９１】レンズアレイ板の作成方法として、第１の
実施例において説明した方法の他に、ガラス基板の表面
にイオン交換や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。

【００９２】ライトバルブ装置を用いた投写型表示装置
としてライトバルブ装置を一枚のみ用いた構成について
説明したが、３枚のライトバルブ装置を用い色合成光学
系と色分解光学系を用いた構成としてもよい。

【００９３】以上の実施例ではライトバルブがＴＮ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。

【００９４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ライトバ
ルブおよび投写レンズの口径比に制約を加えることなく
有効利用可能な入射光線角度が大きいライトバルブ装置
を実現することができる。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。

【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
デルの概略模式図

【図２】本発明のライトバルブ装置の作用を説明する概
略模式図

【図３】本発明のライトバルブ装置の作用を説明するモ
デルの概略模式図

【図４】本発明のライトバルブ装置の作用を説明する概
略模式図

【図５】本発明のライトバルブ装置の作用を説明する概
略模式図

【図６】本発明のライトバルブ装置の作用を説明する概
略模式図

【図７】本発明のライトバルブ装置の第１の実施例にお
ける要部拡大断面図

【図８】本発明のライトバルブ装置の第１の実施例にお
ける概略模式図

【図９】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１０】本発明のライトバルブ装置の第２の実施例に
おける要部拡大断面図

【図１１】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１２】本発明のビューファインダ装置の実施例にお
ける概略構成断面図

【図１３】本発明のライトバルブ装置の他の実施例にお
ける概略模式図

【図１４】本発明のライトバルブ装置の他の実施例にお
ける概略模式図

【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

【図１８】従来の投写型表示装置の作用を説明するモデ
ルの概略線図

【符号の説明】

１０１ライトバルブ１０２第１レンズアレイ手段１０３第２レンズアレイ手段１０４第３レンズアレイ手段１２１入射側偏光板１３６第１レンズアレイ１３７第２レンズアレイ１３８第３レンズアレイ１２２液晶パネル１２６出射側偏光板１６１光源１６５フィールドレンズ１６６ライトバルブ装置１６７投写レンズ１６８スクリーン１８１入射側偏光板１８２入射側レンズアレイ板１８３液晶パネル１８４出射側レンズアレイ板１８５出射側偏光板２０３出射側第１レンズアレイ２０４出射側第２レンズアレイ２２１ライトバルブ装置２２２入射側偏光板２２３入射側レンズアレイ板２２４液晶パネル２２５出射側レンズアレイ板２２６出射側偏光板２２７光源２３０接眼レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素をマトリックス配列したライト
バルブと、前記ライトバルブの隣接した複数の画素によ
り構成された互いに重ならない画素群の配列と相似に複
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
アレイ手段と、複数の正レンズ素子を前記ライトバルブ
の画素配列と相似にマトリックス配列した第２のレンズ
アレイ手段とを備え、前記ライトバルブは一つの画素群
中では通常、表示する画像とは１８０゜回転した画像の
表示を行い、前記第１のレンズアレイ手段は前記ライト
バルブの出射側に配置され、前記第２のレンズアレイ手
段は前記第１のレンズアレイ手段の出射側に配置され、
前記第１のレンズアレイ手段の各正レンズ素子は前記ラ
イトバルブの画素上にある仮想物体を前記第２のレンズ
アレイ手段の複数の正レンズ素子の焦点上に形成するよ
うにしたライトバルブ装置。
【請求項２】第１のレンズアレイ手段はライトバルブの
出射側に配置された透明基板の入射側面またはその表面
近傍に形成され、第２のレンズアレイ手段は前記第１の
レンズアレイ手段の出射側に配置された透明基板の入射
側面またはその表面近傍に形成されている請求項１記載
のライトバルブ装置。
【請求項３】第１のレンズアレイ手段はライトバルブの
出射側に配置された透明基板の入射側面またはその表面
近傍に形成され、第２のレンズアレイ手段は前記透明基
板の出射側面またはその表面近傍に形成されている請求
項１記載のライトバルブ装置。
【請求項４】第１のレンズアレイ手段はライトバルブの
出射側面またはその表面近傍に形成され、第２のレンズ
アレイ手段は前記ライトバルブの出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た請求
項１記載のライトバルブ装置。
【請求項５】第１のレンズアレイ手段の各正レンズ素子
の光軸は第２のレンズアレイ手段の隣接する２つの正レ
ンズ素子の中心を結ぶ直線の中点を通る請求項１記載の
ライトバルブ装置。
【請求項６】第１のレンズアレイ手段の各正レンズ素子
の焦点距離をｆ₁、第２のレンズアレイ手段の各正レン
ズ素子の焦点距離をｆ₂、正整数をｍとして、次の条件
を満足する請求項５記載のライトバルブ装置。【数１】
【請求項７】ライトバルブ装置は画素を正方配列したも
のであって、第１のレンズアレイ手段の各正レンズ素子
の光軸は第２のレンズアレイ手段の隣接する４つの正レ
ンズ素子の中心により構成される四角形の中心を通る請
求項１記載のライトバルブ装置。
【請求項８】ライトバルブ装置は画素をデルタ配列した
ものであって、第１のレンズアレイ手段の各正レンズ素
子の光軸は第２のレンズアレイ手段の隣接する３つの正
レンズ素子の中心により構成される三角形の外心を通る
請求項１記載のライトバルブ装置。
【請求項９】第１のレンズアレイ手段の各正レンズ素子
の焦点距離をｆ₁、第２のレンズアレイ手段の各正レン
ズ素子の焦点距離をｆ₂、正の整数をｍとして、次の条
件を満足する請求項７または請求項８記載のライトバル
ブ装置。【数２】
【請求項１０】ライトバルブは各画素ごとの輝度を変調
する輝度変調手段を備えた請求項１記載のライトバルブ
装置。
【請求項１１】複数の画素をマトリックス配列したライ
トバルブと、前記ライトバルブの隣接した複数の画素で
構成された互いに重ならない一つの画素群の配列と相似
に複数の正レンズ素子をマトリックス配列した第１のレ
ンズアレイ手段と、複数の正レンズ素子を前記ライトバ
ルブの画素配列と相似にマトリックス配列した第２のレ
ンズアレイ手段と、複数の正レンズ素子を前記ライトバ
ルブの画素配列と相似にマトリックス配列した第３のレ
ンズアレイ手段とを備え、前記ライトバルブは一つの画
素群中では通常、表示する画像とは１８０゜回転した画
像の表示を行い、前記第１のレンズアレイ手段は前記ラ
イトバルブの出射側に配置され、前記第３のレンズアレ
イ手段は前記第１のレンズアレイ手段の出射側に配置さ
れ、前記第２のレンズアレイ手段は前記第３のレンズア
レイ手段の出射側に配置され、前記第１のレンズアレイ
手段の各正レンズ素子は前記ライトバルブの画素上にあ
る仮想物体を前記第２のレンズアレイ手段の複数の正レ
ンズ素子の焦点上に形成するようにし、前記第３のレン
ズアレイ手段の各正レンズ素子は、前記第１のレンズア
レイ手段の各正レンズ素子上の仮想物体を前記第２のレ
ンズアレイ手段の対応する正レンズ素子上に結像させる
ようにしたライトバルブ装置。
【請求項１２】第１のレンズアレイ手段はライトバルブ
の出射側に配置された第１の透明基板の入射側面または
その表面近傍に形成され、第３のレンズアレイ手段は前
記第１のレンズアレイ手段の出射側に配置された第２の
透明基板の入射側面またはその表面近傍に形成され、第
２のレンズアレイ手段は前記第３のレンズアレイ手段の
出射側に配置された第３の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請求項１１記載のライトバ
ルブ装置。
【請求項１３】第１のレンズアレイ手段はライトバルブ
の出射側面またはその表面近傍に形成され、第３のレン
ズアレイ手段は前記ライトバルブの出射側に配置された
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２のレンズアレイ手段は前記第３のレンズアレイ
手段の出射側に配置された第２の透明基板の入射側面ま
たはその表面近傍に形成された請求項１１記載のライト
バルブ装置。
【請求項１４】第１のレンズアレイ手段はライトバルブ
の出射側面またはその表面近傍に形成され、第３のレン
ズアレイ手段はライトバルブの出射側に配置された透明
基板の入射側面またはその表面近傍に形成され、第２の
レンズアレイ手段は前記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請求項１１記載のライトバル
ブ装置。
【請求項１５】第１のレンズアレイ手段はライトバルブ
の出射側に配置された第１の透明基板の入射側面または
その表面近傍に形成され、第３のレンズアレイ手段は前
記第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２のレンズアレイ手段は前記第３のレンズアレ
イ手段の出射側に配置された第２の透明基板の入射側面
またはその表面近傍に形成された請求項１１記載のライ
トバルブ装置。
【請求項１６】第１のレンズアレイ手段はライトバルブ
の出射側に配置された第１の透明基板の入射側面または
その表面近傍に形成され、第３のレンズアレイ手段は前
記第１のレンズアレイ手段の出射側に配置された第２の
透明基板の入射側面またはその表面近傍に形成され、第
２のレンズアレイ手段は前記第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請求項１１記載の
ライトバルブ装置。
【請求項１７】第１のレンズアレイ手段はライトバルブ
の出射側に配置された第１の透明基板の入射側表面また
はその表面近傍に形成され、第３のレンズアレイ手段は
前記第１の透明基板の出射側側面またはその表面近傍に
形成され、第２のレンズアレイ手段は前記第３のレンズ
アレイ手段と密着して配置された第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請求項１１記
載のライトバルブ装置。
【請求項１８】第１のレンズアレイ手段の各正レンズ素
子の光軸は第２のレンズアレイ手段の隣接する２つの正
レンズ素子の中心を結ぶ直線の中点を通る請求項１１記
載のライトバルブ装置。
【請求項１９】第１のレンズアレイ手段の各正レンズ素
子の焦点距離をｆ₁、第２のレンズアレイ手段の各正レ
ンズ素子の焦点距離をｆ₂、正整数をｍとして、次の条
件を満足する請求項１８記載のライトバルブ装置。【数３】
【請求項２０】ライトバルブ装置は画素を正方配列した
ものであって、第１のレンズアレイ手段の各正レンズ素
子の光軸は第２のレンズアレイ手段の隣接する４つの正
レンズ素子の中心により構成される四角形の中心を通る
請求項１１記載のライトバルブ装置。
【請求項２１】ライトバルブ装置は画素をデルタ配列し
たものであって、第１のレンズアレイ手段の各正レンズ
素子の光軸は第２のレンズアレイ手段の隣接する３つの
正レンズ素子の中心により構成される三角形の外心を通
る請求項１１記載のライトバルブ装置。
【請求項２２】第１のレンズアレイ手段の各正レンズ素
子の焦点距離をｆ₁、第２のレンズアレイ手段の各正レ
ンズ素子の焦点距離をｆ₂、正の整数をｍとして、次の
条件を満足する請求項２１または請求項２１記載のライ
トバルブ装置。【数４】
【請求項２３】ライトバルブは各画素ごとの輝度を変調
する輝度変調手段を備えた請求項１１記載のライトバル
ブ装置。
【請求項２４】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２
３のいずれかに記載のライトバルブ装置を用いた投写型
表示装置。
【請求項２５】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
装置として請求項１から請求項２３のいずれかに記載の
ライトバルブ装置を用いたビューファインダ装置。
【請求項２６】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
のである請求項２５記載のビューファインダ装置。