JPH10246868A - 投射型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成で光路長を変化させずに光源の重力
影響による輝度むらを軽減して光効率を向上させるとと
もに、低コスト化及び小型化を可能にする。 【解決手段】 放物面リフレクタ２２ａと液晶ライトバ
ルブ２６との間には、シリンドリカル状フライアイレン
ズ素子２３、絞り２４及びリレーレンズ２５が配設され
ている。光源からの垂直方向の光は第１のフライアイレ
ンズ素子２３ａによって複数に分割され、その後分割さ
れた光を第２のフライアイレンズ素子２３ｂによって液
晶ライトバルブ２６全体に重畳して照射される。また、
水平方向の光については、絞り２４によって水平許容発
散角θ内に角度制限される。これにより、光路長を変化
させずに光効率を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源ランプと液晶
ライトバルブを用いて構成される投射型液晶プロジェク
ター、あるいは投射型液晶プロジェクションテレビ等の
投射型映像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大画面で小型・軽量のディスプレ
イ装置の要求に伴い、液晶パネルを用いた投射型液晶プ
ロジェクタ（以下、投射型映像表示装置と記載）が注目
されている。投射型映像表示装置は、液晶パネルを用い
ることによって、従来のＣＲＴを用いた投射型映像表示
装置に比べ、小型・軽量を可能にすると共に大画面表示
を容易に実現することが可能である。また、面倒なコン
バーゼンス調整が不要で地磁気の影響を受けない等の利
点もある。このような理由から、現在、投射型映像表示
装置の普及が急速に進んでいる。

【０００３】一般に、投射型映像表示装置においては、
画面は大きくなるだけ暗くなる。つまり、大画面にする
ほど明るい画面の実現は困難になる。また、投射映像を
視聴する部屋が暗くなく、多少明るい部屋で視聴しよう
とすると、投射映像が見ずらくなる場合もある。このた
め、投射型映像表示装置の使用範囲を拡大するために
は、大画面でも明るい映像を投射でき、多少明るい部屋
でも認識可能となるように明るさの向上が望まれてい
る。

【０００４】図５は一般的な投射型映像表示装置におけ
る照明光学系の構成を示す原理図である。

【０００５】図５に示すように、一般の投射型映像表示
装置では、光源ランプ１より発する光を、例えば放物面
鏡２にて略平行光に制御反射させ、液晶ライトバルブ５
を照射し、その後、投光レンズ７によって液晶ライトバ
ルブ５に形成した映像をスクリーン８に拡大結像させる
ことで投射型画像表示プロジェクター装置としての機能
を果たす。

【０００６】このような投射型映像表示装置の照明系
は、構成が簡単でコストや設置スペース等に有利である
一方、照明むらが発生しやすい。このため、ランプ管に
フロスト処理を行い効率を犠牲にした拡散照射を行うこ
とで、許容レベルの照度むらを達成するようにしてい
る。したがって、このような方法では、光利用効率が悪
く、特にパネルの小型化が進む近年ではこの不具合が顕
著である。

【０００７】この不具合を解決する手段として、フライ
アイレンズによる改善手段が現在最も一般的に用いられ
ている。このような改善手段を採用した投射型映像表示
装置の一例を図６に示す。

【０００８】図６はフライアイレンズによる改善手段を
適用した投射型映像表示装置の一例を示す光学系構成図
である。

【０００９】図６に示すように、この方式では、放物面
鏡２より発した光をフライアイレンズ３にて照明映像と
同一アスペクト比を有するレンズアレイにて細分化し、
それぞれの結像位置に細分化したレンズアレイに１対１
対応した構成を持つフライアイレンズ４にてフライアイ
レンズ３の各フライアイ素子像を、液晶ライトバルブ５
の全面、または任意範囲に結像させる。これにより、上
述した各要因による輝度のアンバランスを平均化し、高
品位な光源照明を得ることが可能となる。

【００１０】しかし、本方式は、液晶セル（ＬＣＤ）の
入射側から見ると、任意範囲に分散した仮想光源が多数
存在することと等価であるため、大きな光束発散入射角
を効率よくスクリーンに伝達する光学系を設ける必要が
ある。

【００１１】また、ポリシリコン液晶の開発により、液
晶ライトバルブの更なる小型化が進んでいるが、従来の
カラーフィルタを用いた単板方式では、任意セルを照射
する光のうちＲＧＢの何れか単色帯域しか通さないた
め、光利用効率も問題となると同時に、損失光の殆どは
熱になることから、カラーフィルタの耐光性等の問題も
発生するため、小型化の要求を満足するには限界であ
る。

【００１２】そこで、上述の諸問題を解決するため、従
来、図７に示すようなマイクロレンズ集光と角度制御に
よるカラー表示手法が提案されている。

【００１３】この提案では、図７に示すように、液晶セ
ル１１の１画素毎に対向基板２０を介してマイクロレン
ズ９（例えばガラス板に設けられた複数の孔にレンズ部
材を注入して成形されたもの）を配設することで液晶パ
ネルを構成し、該マイクロレンズ９による集光位置（マ
イクロレンズ９に対するＲＧＢの入射角度）を変えるこ
とによって、カラーフィルタを用いることなくカラー表
示を可能にする。

【００１４】しかしながら、本方式では、原理的に照明
光束の発散角度に制限があり、つまり、この制限角
“θ”を超えると、ＲＧＢ何れかの光束が照射すべきド
ットには照射されず隣のドット（セル）に対して照射し
てしまい、結果として色純度の確保ができなくなる。

【００１５】このため、本方式には、図８に示すような
絞り１３が不可欠で、この絞り１３による照明発散角度
制限にて色純度損失対策が施されている。この絞り径
“φ”は、パネルにより決定する照明制限発散角（許容
入射角θ）とコリメータレンズ１４から液晶パネル１５
までの距離“Ｌ”により決定し、光路長が充分確保され
れば許容入射角θは大きくでき、逆に従来並の光路長し
か確保されなければ絞り径“φ”は小さくなる。しか
し、絞り径“φ”を小さくすると、先述したフライアイ
照明系が適用できないばかりか、多くの光が絞りにて遮
断され、大電力ランプを使用したとしても目的光束が確
保できない等、光利用効率的に問題が生じていた。

【００１６】また、角度制御により色分離方式にて精細
化を進めると、マイクロレンズそのものの制限誤差が無
視できなくなり、実際の照明系では図７に示した範囲よ
りも更に狭い許容入射発散角以内に制限しなければ、充
分な色純度は確保できていないのが現状である。

【００１７】さらに、本方式は、より多画素化を目指し
て画素ピッチを細かくすると、許容入射角を更に小さく
することになるため、より多くの光束が失われる結果と
なり高精細表示には不適であった。この問題に対し対向
基板１０を更に薄くすれば許容入射角は回復するが、こ
のような改良を行うと、例えば図９に示すように、ライ
トバルブ通過後の発散角が拡大してしまう結果となるた
め、投射レンズのＦナンバーを小さくする必要が生じ、
結果としてコスト増、形状拡大等の不都合が発生する。
また、投射レンズが拡大し、且つ対向基板１０が薄型に
なるに伴いマイクロレンズの焦点距離が短くなるため、
半径がより小さくなり、つまり、マイクロレンズ製造精
度への影響が多大となり、マイクロレンズの製造簡易化
が要求される現状では相反してしまうことになる。

【００１８】以上の条件を考慮すると、原理的に照明発
散角を拡大させるフライアイレンズ照明系は、角度制御
による色分離照明系が適用できないまたは長大な光路長
を回避できず、適正な照明光学系を構築することができ
ないという問題点があった。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、従来の角
度制御によるカラー表示可能な投射型映像表示装置で
は、単板方式であるため小型化及び低コスト化が可能で
あり、且つダイクロイックミラーによる３板方式並の光
利用効率が得られる一方、発散角制限による効率損失が
あると同時に多画素高精細化には不適当であり、フライ
アイ方式により照度むらを改善しようとすれば制限角内
に収めるための長大な光路長が必要となってしまうとい
う不都合がある。発散角を充分狭くする必要から通常の
光路長内に収まるためには、光源により生じる照度むら
を許容するか、または、３板方式並の長大光路長を確保
して効率良く平均化する照明平均化手段を用いることが
必要であるが、実際には開発されてはおらず、このた
め、通常の光路長で光源の重力影響による輝度むらを軽
減することができず、その結果光効率が劣化してしま
い、また、低コスト化及び小型化を図ることができない
という問題点があった。

【００２０】そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、簡単な構成で光路長を変化させずに光源の
重力影響による輝度むらを軽減して光効率を向上させる
とともに、低コスト化及び小型化を可能にする投射型映
像表示装置の提供を目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の投射型
映像表示装置は、所定の発光範囲を有する光源から発せ
られた光を光軸と略平行に反射する放物面リフレクタ
と、前記放物線リフレクタにより反射された光を変調す
る液晶ライトバルブと、前記放物面リフレクタと前記液
晶ライトバルブとの間に介在し、前記放物面リフレクタ
により反射された垂直方向のみの光を第１のフライアイ
レンズ素子によって複数に分割し、分割された光を第２
のフライアイレンズ素子によって前記液晶ライトバルブ
全体に重畳して照射するように構成されたもので、前記
第１のフライアイレンズ素子に前記液晶ライトバルブの
アスペクト比に準じた照明範囲に拡大照射するための任
意曲面を備えた円筒状フライアイレンズ素子と、前記第
１のフライアイレンズ素子とによって拡大照射するもの
で、前記第２のフライアイレンズ素子からの光の水平方
向のみの照射範囲を変化させて照射させるリレーレンズ
と、前記第２のフライアイレンズ素子と前記リレーレン
ズとの集光位置に配置され、前記第２のフライアイレン
ズ素子からの光の水平方向のみを角度制限の可能な絞り
手段と、を具備したものである。

【００２２】請求項１記載の本発明においては、放物面
リフレクタは、所定の発光範囲を有する光源から発せら
れた光を光軸と略平行に反射する。液晶ライトバルブ
は、前記放物線リフレクタにより反射された光を変調す
る。このとき、円筒状フライアイレンズ素子は、前記放
物面リフレクタと前記液晶ライトバルブとの間に介在
し、前記放物面リフレクタにより反射された垂直方向の
みの光を第１のフライアイレンズ素子によって複数に分
割し、分割された光を第２のフライアイレンズ素子によ
って前記液晶ライトバルブ全体に重畳して照射するよう
に構成されたもので、前記第１のフライアイレンズ素子
に前記液晶ライトバルブのアスペクト比に準じた照明範
囲に拡大照射するための任意曲面を備えている。リレー
レンズは、前記第１のフライアイレンズ素子とによって
拡大照射するもので、前記第２のフライアイレンズ素子
からの光の水平方向のみの照射範囲を変化させて照射さ
せる。絞り手段は、前記第２のフライアイレンズ素子と
前記リレーレンズとの集光位置に配置され、前記第２の
フライアイレンズ素子からの光の水平方向のみを角度制
限する。したがって、角度制御による単板ライトバルブ
方式にて制限される角度は水平または垂直の１方向に限
定することが可能であることから、制限角の存在する方
向は発散角を拡大しないようリレーレンズ形態をとり、
この垂直方向ではフライアイ構成をとるシリンドリカル
形状のフライアイ構成をとることが可能となる。これに
より、最小の光路長延長で光源の重力影響による輝度む
らを軽減する。

【００２３】請求項３に記載の本発明の投射型映像表示
装置は、所定の発光範囲を有する光源から発せられた光
を光軸上任意位置に集光する楕円リフレクタと、前記楕
円リフレクタにより反射された光を変調する液晶ライト
バルブと、前記楕円リフレクタと前記液晶ライトバルブ
との間に介在し、前記楕円リフレクタにより反射された
垂直方向のみの光を第１のフライアイレンズ素子によっ
て複数に分割し、分割された光を第２のフライアイレン
ズ素子によって前記液晶ライトバルブ全体に重畳して照
射するように構成された円筒状フライアイレンズ素子
と、前記円筒状フライアイレンズ素子からの光の水平方
向のみを角度制限の可能な絞り手段と、前記絞り手段を
通過した光束主光線を任意位置で光軸と並行となる平行
光に変換して前記液晶ライトバルブに照射するシリンダ
レンズとを具備したものである。

【００２４】請求項３記載の本発明においては、楕円リ
フレクタは、所定の発光範囲を有する光源から発せられ
た光を光軸上任意位置に集光する。液晶ライトバルブ
は、前記楕円リフレクタにより反射された光を変調す
る。このとき、円筒状フライアイレンズ素子は、前記楕
円リフレクタと前記液晶ライトバルブとの間に介在し、
前記楕円リフレクタにより反射された垂直方向のみの光
を第１のフライアイレンズ素子によって複数に分割し、
分割された光を第２のフライアイレンズ素子によって前
記液晶ライトバルブ全体に重畳して照射する。絞り手段
は、前記円筒状フライアイレンズ素子からの光の水平方
向のみを角度制限する。また、シリンダレンズは、前記
絞り手段を通過した光束主光線を任意位置で光軸と並行
となる平行光に変換して前記液晶ライトバルブに照射す
る。これにより、前記発明と同様の光かを得る他に、部
品点数を削減することが可能となり低コスト化、小型化
に寄与することができる。

【００２５】請求項６に記載の本発明の投射型映像表示
装置は、所定の発光範囲を有する光源から発せられた光
を光軸上任意位置に集光する楕円リフレクタと、前記楕
円リフレクタより発する光を光軸と略平行となる平行光
に変換する集光レンズと、前記楕円リフレクタからの光
を変調する液晶ライトバルブと、前記集光レンズと前記
液晶ライトバルブとの間に介在し、前記集光レンズから
の垂直方向のみの光を第１のフライアイレンズ素子によ
って複数に分割し、分割された光を第２のフライアイレ
ンズ素子によって前記液晶ライトバルブ全体に重畳して
照射するように構成されたもので、これらの素子に水平
方向の光を集光させる局面を夫々備えた円筒状フライア
イレンズ素子と、前記第１のフライアイレンズ素子と前
記第２のフライアイレンズ素子との集光位置に配置さ
れ、前記第１のフライアイレンズ素子からの光の水平方
向のみを角度制限の可能な絞り手段と、を具備したもの
である。

【００２６】請求項６記載の本発明においては、楕円リ
フレクタは、所定の発光範囲を有する光源から発せられ
た光を光軸上任意位置に集光する。集光レンズは、前記
楕円リフレクタより発する光を光軸と略平行となる平行
光に変換する。液晶ライトバルブは、前記楕円リフレク
タからの光を変調する。このとき、円筒状フライアイレ
ンズ素子は、前記集光レンズと前記液晶ライトバルブと
の間に介在し、前記集光レンズからの垂直方向のみの光
を第１のフライアイレンズ素子によって複数に分割し、
分割された光を第２のフライアイレンズ素子によって前
記液晶ライトバルブ全体に重畳して照射するように構成
されたもので、これらの素子に水平方向の光を集光させ
る局面を夫々備えている。また、絞り手段は、前記第１
のフライアイレンズ素子と前記第２のフライアイレンズ
素子との集光位置に配置され、前記第１のフライアイレ
ンズ素子からの光の水平方向のみを角度制限する。これ
により、上記発明と同様の効果を得るとともに、集光レ
ンズに両偏光素子を用いた場合には、さらに小型化、高
校率化及び光量の左右均等化を図ることが可能となり、
高品位の照明光学系システムを構築することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態について図面を
参照して説明する。

【００２８】図１は本発明に係る投射型映像表示装置の
第１実施形態例を示す光学系概略図であり、図１（ａ）
は装置の上面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は装
置における機能を説明するための説明図である。尚、図
１の装置に用いられた液晶ライトバルブ２６はマイクロ
レンズ方式のものが用いられているものとし、また、説
明簡略化のため光学系における光線を所定数で示すと共
に、レンズの収差等はないものとして説明する。

【００２９】本発明の投射型映像表示装置においては、
図中に示すように、水平方向の角度偏差を用いた色分離
構成であるため、不具合を発生させる垂直方向の臨界角
は存在せず、有効効率発散角が各画素の開口形状に依存
するのみである。

【００３０】例えば、液晶セルにおけるＲＧＢの開口部
の配列パターンをストライプ配列として想定すると、該
ストライプ配列では、通常水平開口幅に対し、垂直開口
幅が３倍程度確保されているため、光利用効率をも失わ
ない垂直許容入射角範囲は水平許容入射角のほぼ３倍が
期待される。

【００３１】したがって、本実施形態例では、垂直方向
にのみ照射角度を拡大させるフライアイレンズ構成を採
用し、水平方向は照明発散制限角を許容するリレーレン
ズ形態を採用することで、角度制限の厳しい水平方向で
は、リフレクタ出射直後の照度分布ならびに発散角状態
を極力失わない配慮が為されている。即ち、照度むらに
起因する水平方向については、液晶ライトバルブに入射
する照明発散制限角を小さくし、垂直方向については、
極力光効率を向上させるために、光束の垂直入射角を拡
大させるようになっている。

【００３２】次に、本発明の装置の構成及び機能を、説
明簡略化のため夫々水平／垂直方向に分けて説明する。

【００３３】先ず、水平方向について説明すると、図１
（ａ）に示すように、光源２１より発する光は放物面リ
フレクタ２２により光軸と略並行に制御反射される。こ
の照射光は、光学手段としてのシリンドリカル形状で形
成されたシリンドリカル状フライアイレンズ素子（以
下、フライアイレンズ素子と略記）２３に照射される。

【００３４】フライアイレンズ素子２３は、図中に示す
ように、放物面リフレクタ２２と絞り２４との間に介在
するように配設されており、また、該素子２３は、第１
のフライアイレンズ２３ａと、第２のフライアイレンズ
レンズ２３ｂとで構成されている。上記第１のフライア
イ素子２３ａは、レンズとフライアイレンズとで形成さ
れているため、水平方向の照射光束については、液晶ラ
イトバルブ２６の入射面に対する照明発散角を小さくす
るように動作し、また垂直方向については、前記照明発
散角を拡大するように動作する。

【００３５】一方、第２のフライアイレンズ素子２３ｂ
については、リレーレンズ形態となるように形成されて
おり、このため、水平方向の照射光束については、その
ままの状態で通過させるように動作し、垂直方向につい
てのみ前記第１のフライアイレンズ素子２３ａと同様に
照明発散角を拡大させるように構成されている。

【００３６】したがって、上記の如く構成されたフライ
アイレンズ素子２３ａは、照射された光束を、第２のフ
ライアイレンズ素子２３ｂに照射するが、照射光束はこ
の第２のフライアイレンズ素子２３ｂを介して絞り２４
に照射される。つまり、照射光束を第１のフライアイレ
ンズ素子２３ａにより絞り２４に集光させる。

【００３７】絞り２４は、液晶ライトバルブ７にて決定
される水平許容発散角“θ”内に照明発散角を制限す
る。その後、絞り２４を通過した照射光は、水平方向の
み寄与するシリンダー形状リレーレンズ２５により任意
拡大位置で光軸と略並行となり液晶ライトバルブ２６を
照射する。

【００３８】次に、垂直方向について説明すると、図１
（ｂ）に示すように、光源２１より発する光は、放物面
リフレクタ２２により光軸と略並行に制御反射される。
この照射光は、上記水平方向と同様にフライアイレンズ
素子２３に照射される。

【００３９】しかし、このときの照射光は、第１のフラ
イアイレンズ素子２３ａによりＮ分割され、その後、Ｎ
分割された夫々の照射光は、対向する第２のフライアイ
レンズ素子２３ｂによって照射角が拡大されて液晶ライ
トバルブ２６全体を照射することになる。即ち、第１、
第２のフライアイレンズ素子２３ａ、２４ｂは、フライ
アイレンズ素子２３として機能することにより、Ｎ分割
された照射光は、夫々液晶ライトバルブ２６面上に照射
されるため、光効率の向上がはかれる。

【００４０】また、このときのシリンダ形状リレーレン
ズ２５は、垂直方向の場合には、そのままの入射角で照
射光を通過させるようなリレーレンズ形態となっている
ことから、水平方向のみ照射光を照明発散制限角内に屈
折させて、液晶ライトバルブ２６に対して照射すること
が可能となる。

【００４１】したがって、水平方向は、フライアイレン
ズ２３ａによる集光位置に絞り５を設置することで、不
具合を及ぼさない照明発散角に制限することが可能とな
り、重力を主原因とする垂直方向の発光むらは、２つの
フライアイレンズ素子２３ａ、２３ｂにより平均化さ
れ、高品位な照明光にて効率よくライトバルブを照射す
ることが可能となる。

【００４２】本実施形態例では、液晶ライトバルブ２６
における液晶セルのＲＧＢ開口部の配列パターンがスト
ライプ配列だと想定すると、上述したように水平開口幅
に対し、垂直開口幅が３倍程度確保されているため、光
利用効率をも失わない垂直許容入射角範囲は水平許容入
射角のほぼ３倍である。このため、実際に投射型映像表
示装置における光学系を構築した場合に、液晶ライトバ
ルブ２６の垂直方向の有効角が水平照明発散角の３倍程
度であるとすれば、確実に光学系システムを構築するこ
とが可能である。

【００４３】したがって、本実施形態例の装置は、図１
（ｃ）に示す側面図のように、液晶ライトバルブ２６の
垂直方向における有効角が、水平方向の照明発散角（図
１（ａ）参照）の３倍程度になっていることから、投射
型映像表示装置における最適な光学系システムを構築す
ることが可能となる。

【００４４】尚、液晶ライトバルブ２６の視野角特性等
により、垂直方向の主光線が光軸により平行である必要
が生じた場合には、シリンダ形状リレーレンズ２５の垂
直面に曲率を設け、許容範囲内にて主光線発散角を設定
すれば良い。これにより、同様の効果を得ることが可能
となる。

【００４５】ところで、本発明では、前記実施形態例に
て用いられた放物面リフレクタ２２の代わりに楕円リフ
レクタを用いることにより、さらに小型化、低コスト化
を図ることも可能である。このような実施形態例を図２
に示す。

【００４６】図２は本発明に係る投射型映像表示装置の
第二実施形態例を示し、図２（ａ）は照射光の水平方向
を説明するための装置の上面図、図２（ｂ）は照射光の
垂直方向を説明するための装置の側面図、図２（ｃ）は
装置の機能を説明するための説明図である。尚、図２は
図１と同様の構成要素については、同一符号を付して説
明を省略する。

【００４７】本実施形態例では、前記実施形態例におけ
る放物面リフレクタ２２を楕円リフレクタ２２ａに代え
て構成し、また、この変更に伴い、第１のフライアイレ
ンズ素子２３ａのレンズを削除して形成されたフライア
イレンズ素子２３ｃを設けたことが前記実施形態例とは
異なる点である。

【００４８】図２（ａ）に示すように、本実施形態例で
は、夫々の機能は前記実施形態例と同様であるが、楕円
リフレクタ２２ａの楕円鏡による集光特性を利用してい
るため、前記実施形態例での第１のフライアイレンズ素
子２３ａによる集光機能を廃することが可能である。つ
まり、第１のフライアイレンズ素子２３ａに形成された
いた凸レンズを削除することができる。

【００４９】したがって、水平方向の場合には、光源２
１ａより発する光は、楕円リフレクタ２２ａにより、所
定位置に設けられた絞り２４に集光するよう制御反射さ
れる。このとき、第１及び第２のフライアイレンズ素子
２３ｃ、２３ｂは、垂直方向のみ屈折するような形成さ
れていることから、そのままの入射角で照射光を絞り２
４へと導くことになる。これにより、水平方向における
液晶ライトバルブ２６ａの照明発散角は、前記実施形態
例と同様に制限内に納めることが可能となる。

【００５０】一方、垂直方向については、図２（ｂ）に
示すように、第１及び第２のフライアイレンズ素子２３
ｃ、２３ｂによって、楕円リフレクタ２２ａからの反射
光は、Ｎ分割されるとともに照明発散角が拡大されるよ
うに動作して、液晶ライトバルブ２６ａ面上に夫々照射
させることが可能となる。これにより、前記実施形態例
と同様の効果を得る。

【００５１】つまり、本実施形態例においても、図２
（ｃ）に示すように前記実施形態例と同様に液晶ライト
バルブ２６ａの垂直方向における有効角が、水平方向の
照明発散角（図１（ａ）参照）の３倍程度になっている
ことから、投射型映像表示装置における最適な光学系シ
ステムを構築することが可能となる。

【００５２】尚、本実施形態例においても、前記実施形
態例と同様に液晶ライトバルブ２６ａの視野角特性等に
より、垂直方向の主光線が光軸により平行である必要が
生じた場合には、シリンダ形状リレーレンズ２５の垂直
面に曲率を設け、許容範囲内に主光線発散角を設定すれ
ば良い。

【００５３】また、液晶のサイズ、画素ピッチと対向
厚、並びに投射レンズ（図６参照）のＮＡ、マイクロレ
ンズ精度により決定する水平方向許容発散角が任意値以
上確保され、対して光源ランプ１の発光分布が充分小さ
くなり、リフレクタ２１ａより発する照明発散角が任意
角以下となるように条件が一致した場合には、例えばリ
レーレンズ２５と第１及び第２のフライアイレンズ素子
２３ｃ、２３ｂとの夫々の機能が合体して構成された光
学系部材を用いることにより、部品点数削減も可能とな
る。

【００５４】したがって、本実施形態例によれば、楕円
鏡による集光を利用しているため、第１のフライアイレ
ンズ素子２３ａによる集光機能を廃することができ、製
造性が向上すると同時に、ＵＶＩＲフィルタ等より小型
なレンズ素子群で本発明を適用構成することが可能とな
る。これにより、小型化及び低コスト化を図ることが可
能となる。

【００５５】ところで、上述したような条件が満たされ
た場合には、前記第１及び第２実施形態例よりもさらに
小型化を可能にすることが可能となる。このような投射
型映像表示装置の応用例を図３に示す。

【００５６】図３は本発明に係る投射型映像表示装置の
第３の実施形態例を示し、図３（ａ）は照射光の水平方
向を説明するための装置の上面図、図３（ｂ）は照射光
の垂直方向を説明するための装置の側面図、図３（ｃ）
は装置の機能を説明するための説明図である。尚、図３
は図２と同様に構成要件には同一の符号を付して説明を
省略し、説明簡略化のため異なる部分のみを説明する。

【００５７】本実施形態例における投射型映像表示装置
は、液晶のサイズ、画素ピッチと対向厚、並びに投射レ
ンズ（図６参照）のＮＡ、マイクロレンズ精度により決
定する水平方向許容発散角が任意値以上確保され、対し
て光源ランプ２１ａの発光分布が充分小さくなり、リフ
レクタ２１ａより発する照明発散角が任意角以下となる
条件を満足している。

【００５８】具体的には、図３（ａ）に示すように投射
型映像表示装置には、光源１から発する光を平均化し且
つ高効率化を図るための光学系素子群（３０、３１、３
４乃至３６）が設けられており、この照射方向側には、
第１の光学素子２７、絞り２８及び第２の光学素子２９
が配設されている。この第１の光学素子２７は前記第１
実施形態例におけるフライアイレンズ素子２３ａの機能
を有しいる。

【００５９】第２の光学素子２９は、今まで分離されて
いたリレーレンズ素子２５と第２のフライアイレンズ素
子２３ｂとにおける夫々の機能が合体して構成されたも
のであり、即ち、前記第１実施形態例よりも部品点数が
削減されたことになる。

【００６０】また、本実施形態例では、新たに設けられ
た光学系素子群として、両偏光素子としてのＰＢＳ３０
と位相差板３１、並びに反射板としてのミラー３４、３
５、そしてこれらの反射光をを重畳するプリズムシート
３６が付加されている。

【００６１】ＰＢＳ３０は、両偏光素子としての機能を
有し、Ｐ偏光を通過させ、且つＳ偏光は反射する。その
後、Ｐ偏光された照射光は位相差板３１を介して、例え
ば５２．５度に傾けられたミラー３４に反射されてプリ
ズムシート３６に照射される。同時に、Ｓ偏光された照
射光は位相差板３５を介して、例えば３７．５度に傾け
られたミラー３５に反射されてプリズムシート３６に照
射される。

【００６２】プリズムシート３６は、夫々の入射光をほ
ぼ平行に屈折させて平行光を得、が平方光を前記光学素
子２７へと照射する。以降、上述したように動作するこ
とで、前記実施形態例と同様の効果を得る。

【００６３】本実施形態例においても、図３（ｃ）に示
すように前記実施形態例と同様に液晶ライトバルブ２６
ａの垂直方向における有効角が、水平方向の照明発散角
（図１（ａ）参照）の３倍程度になっていることから、
投射型映像表示装置における最適な光学系システムを構
築することが可能となるしたがって、本実施形態例によ
れば、前記実施形態例と同様の効果を得ると共に、両偏
光素子利用による高効率化と左右鏡像関係による重畳に
て、高効率と左右平均化による更なる高品位化を実現す
ることが可能となる。また、液晶ライトバルブの小型化
にも寄与することができ、装置全体の小型化を実現する
ことが可能となる。

【００６４】ところで、本発明では、楕円リフレクタ２
２ａにより集光した後に、敢えて糸巻き歪みを発生させ
るレンズ手段３７を配置し、このレンズ以降に本発明に
おける機能を適用することで、周辺光量劣化を軽減する
ことも可能である。このような実施形態例を図４に示
す。

【００６５】図４は本発明に係る投射型映像表示装置の
第４実施形態例を示し、図４（ａ）は照射光の垂直方向
を説明するための装置の側面図、図４（ｂ）は動作を説
明するための輝度分布図、図４（ｃ）は輝度分布図を３
次元グラフィックで示した場合のものである。

【００６６】本実施形態例では、楕円リフレクタ２２ａ
と、リレーレンズ３８を含む本発明の円筒フライアイ素
子３９、４０との間に、敢えて入射光を糸巻き歪を発生
させるためのレンズ手段３７を介在させている。

【００６７】したがって、光源２１ａから発する光は、
楕円リフレクタ２２ａにより集光され、その後、前記レ
ンズ手段３７に照射される。その後、入射光はレンズ手
段３によって糸巻き歪を発生するよう屈折制御されて、
リレーレンズ３８、円筒フライアイ素子３９、４０を介
し、糸巻き歪部分が重畳された状態で液晶ライトバルブ
４１に照射される。

【００６８】このときの任意の箇所の照度分布図が図４
（ｂ）、図４（ｃ）に示されているる。つまり、図４
（ｂ）では、楕円リフレクタ２２ａにより集光する以前
のＨ箇所近傍、レンズ手段３７を通過後におけるＩ箇所
近傍、そして、円筒フライアイ素子３９、４０の通過後
の液晶ライトバルブ４１面状となるＪ箇所での平面的に
照度分布が示されており、さらに、図４（ｃ）では、Ｉ
箇所近傍、Ｊ箇所近傍の照度分布を一目で理解できるよ
うに３次元グラフッイクで示されている。

【００６９】したがって、これらの図から見て解るよう
に、レンズ手段３７を出射した照明光は、図４（ｂ）中
のＩ箇所近傍の照度分布図に示す糸巻き歪みが発生さ
れ、その後、前記照度分布図（Ｉ箇所近傍）の歪み格子
部分が、本発明の円筒フライアイ素子３９、４０によっ
て、図４（ｂ）中のＪ箇所近傍の照度分布図に示すよう
に格子面部分のように重畳されることになる。このた
め、図４（ｃ）に示すように、液晶ライトバルブ４１の
面上では、４隅の光量が増大するとともに、面状全体に
ついても光量を平均的に増大させることが可能となり、
周辺光量の劣化を防止することが可能となる。

【００７０】したがって、本実施形態例によれば、レン
ズ手段３７により敢えて楕円リフレクタ２２ａからの照
射光に糸巻き歪を発生させ、その後円筒フライアイレン
ズ素子３９、４０により、歪格子部分を夫々重畳させる
ことにより、液晶ライトバルブの面状における周辺光量
を増大することができ、その結果、より望ましい投射型
映表示装置における照明光学系システムを構築すること
が可能となる。

【００７１】尚、本発明に係る第３及び第４実施形態例
においても、前記第１及び第２実施形態例と同様に液晶
ライトバルブ２６ａまたは４１の視野角特性等により、
垂直方向の主光線が光軸により平行である必要が生じた
場合には、第２の光学素子２９または４０におけるレー
レンズの垂直面に曲率を設け、許容範囲内に主光線発散
角が設定されるように調整すればすれば良い。

【００７２】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
簡単な構成で光路長を変化させることなく、ランプ光源
のアンバランス主要因である重力による影響を軽減する
ことができるため、光効率を向上させることが可能とな
る。また、楕円鏡を用いることにより、フライアイレン
ズの小型化を可能にし、光路長の短縮ならびに低コスト
化に寄与すると同時に、各レンズ素子のパワーも軽減す
るため製造性も向上させることが可能となる。

【００７３】さらに、各機能の合体によるフライアイ照
明系と同素子数の照明光学系や両偏光利用素子への適用
も可能であり、糸巻き歪みを有する照明系に本発明を適
用することで、周辺光量を向上させることが可能とな
る。これにより、角度情報を確保しつつ照度むらの平均
化が行われるため、より高効率で且つ高品位な投射型映
像表示装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶プロジェクタ用照明装置の第
１実施形態例を示す構成図。

【図２】本発明に係る液晶プロジェクタ用照明装置の第
２実施形態例を示す構成図。

【図３】本発明に係る液晶プロジェクタ用照明装置の第
３実施形態例を示す構成図。

【図４】本発明に係る液晶プロジェクタ用照明装置の第
４実施形態例を示す構成図。

【図５】液晶ライトバルブ方式プロジェクターの照明光
学系の原理図。

【図６】従来におけるフライアイレンズを用いた照明光
学系の概略構成図。

【図７】角度による色分離手法を示す原理図。

【図８】絞りと集光レンズを用いた角度制限照明光学系
の概略図。

【図９】対向基板厚縮小による投射レンズ負担増を説明
する原理図。

【符号の説明】

２１、２１ａ…光源、２２ａ…放物面リフレクタ、２２
ｂ…楕円リフレクタ、２３、２３ａ、２３ｂ…シリンド
リカル状フライアイレンズ素子、２４…絞り、２５…シ
リンダ形状リレーレンズ、２６…液晶ライトバルブ、 Ｆｎｏ：光学系の明るさ指標、 Ｆｎｏ＝１／（２ｎ ｓｉｎ ｕ） ｕ：最大集光角 ※ ＮＡ・Ｆ＝０．５

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｋ Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の発光範囲を有する光源から発せら
   れた光を光軸と略平行に反射する放物面リフレクタと、 前記放物面リフレクタにより反射された光を変調する液
   晶ライトバルブと、 前記放物面リフレクタと前記液晶ライトバルブとの間に
   介在し、前記放物面リフレクタにより反射された垂直方
   向のみの光を第１のフライアイレンズ素子によって複数
   に分割し、分割された光を第２のフライアイレンズ素子
   によって前記液晶ライトバルブ全体に重畳して照射する
   ように構成されたもので、前記第１のフライアイレンズ
   素子に前記液晶ライトバルブのアスペクト比に準じた照
   明範囲に拡大照射するための任意曲面を備えた円筒状フ
   ライアイレンズ素子と、 前記第１のフライアイレンズ素子とによって拡大照射す
   るもので、前記第２のフライアイレンズ素子からの光の
   水平方向のみの照射範囲を変化させて照射させるリレー
   レンズと、 前記第２のフライアイレンズ素子と前記リレーレンズと
   の集光位置に配置され、前記第２のフライアイレンズ素
   子からの光の水平方向のみを角度制限の可能な絞り手段
   と、 を具備したことを特徴とする投射型映像表示装置。
2. 【請求項２】 前記リレーレンズは、前記液晶ライトバ
   ルブの視野角特性に応じて、前記円筒状フライアイレン
   ズ素子により重畳照射された主光線を、光軸と略並行と
   なるように角度制限することを特徴とする請求項１に記
   載の投射型映像表示装置。
3. 【請求項３】 所定の発光範囲を有する光源から発せら
   れた光を光軸上任意位置に集光する楕円リフレクタと、 前記楕円リフレクタにより反射された光を変調する液晶
   ライトバルブと、 前記楕円リフレクタと前記液晶ライトバルブとの間に介
   在し、前記楕円リフレクタにより反射された垂直方向の
   みの光を第１のフライアイレンズ素子によって複数に分
   割し、分割された光を第２のフライアイレンズ素子によ
   って前記液晶ライトバルブ全体に重畳して照射するよう
   に構成された円筒状フライアイレンズ素子と、 前記円筒状フライアイレンズ素子からの光の水平方向の
   みを角度制限の可能な絞り手段と、 前記絞り手段を通過した光束主光線を任意位置で光軸と
   並行となる平行光に変換して前記液晶ライトバルブに照
   射するシリンダレンズと、 を具備したことを特徴とする投射型映像表示装置。
4. 【請求項４】 前記シリンダレンズは、前記液晶ライト
   バルブの視野角特性に応じて、前記絞り手段を通過した
   光束主光線を垂直方向、水平方向の各方向ともに光軸と
   平行となる平行光に変換するための非球面レンズを備え
   ていることを特徴とする請求項３に記載の投射型映像表
   示装置。
5. 【請求項５】 前記リフレクターと前記円筒状フライア
   イレンズとの間に、前記リフレクタからの光に対し任意
   程度の糸巻き歪みを発生させることにより液晶ライトバ
   ルブ上の周辺光量を増大させるための任意光学変換手段
   を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
   れか１つに記載の投射型映像表示装置。
6. 【請求項６】 所定の発光範囲を有する光源から発せら
   れた光を光軸上任意位置に集光する楕円リフレクタと、 前記楕円リフレクタより発する光を光軸と略平行となる
   平行光に変換する集光レンズと、 前記楕円リフレクタからの光を変調する液晶ライトバル
   ブと 前記集光レンズと前記液晶ライトバルブとの間に介在
   し、前記集光レンズからの垂直方向のみの光を第１のフ
   ライアイレンズ素子によって複数に分割し、分割された
   光を第２のフライアイレンズ素子によって前記液晶ライ
   トバルブ全体に重畳して照射するように構成されたもの
   で、これらの素子に水平方向の光を集光させる局面を夫
   々備えた円筒状フライアイレンズ素子と、 前記第１のフライアイレンズ素子と前記第２のフライア
   イレンズ素子との集光位置に配置され、前記第１のフラ
   イアイレンズ素子からの光の水平方向のみを角度制限の
   可能な絞り手段と、 を具備したことを特徴とする投射型映像表示装置。