JPH11231416A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｆナンバーを維持した状態で小型化を実現す
る。 【解決手段】 ランプ１から出射した光を光変調して画
像を形成する液晶パネル９と、液晶パネル９によって形
成された画像を投写する投写レンズと、ランプ１から出
射された光を液晶パネル９における被照明領域に集光す
るようにされている正の屈折力を有する平凸レンズ６を
備えた表示装置に用いられる照明装置において、平凸レ
ンズ６と液晶パネル９の間における所定の位置に、少な
くとも１以上の負の屈折力を有する負レンズ手段（平凹
レンズ７）を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶プロジェクタ
装置などに用いられる照明装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の液晶プロジェクタ装置の照
明光学系及び投写レンズの構成を説明する図である。ラ
ンプ５１は例えば放物面で構成されているリフレクタ５
２の焦点位置に配置されており、ランプ５１から出射し
た出射した光は、リフレクタ５２の光軸にほぼ平行な光
として、その開口部から前方に出射する。リフレクタ５
２から出射した光のうち、赤外領域及び紫外領域の不可
視とされる不要光線はＵＶ−ＩＲカットフィルタ５３に
よって遮断され、画像を形成するために有効な光のみを
利用することができるようにされている。

【０００３】ＵＶ−ＩＲカットフィルタ５３の後段に
は、後述する液晶パネル５８の被照射領域のアスペクト
比に等しい相似形をした外形を有している複数の凸レン
ズ５４ａが、例えば正方配列されている平型のマルチレ
ンズアレー５４と、このマルチレンズアレー５４の凸レ
ンズ５４ａに対向するように複数の凸レンズ５５ａが形
成されている平型のマルチレンズアレー５５、及び平凸
レンズ５６が配置されている。平凸レンズ５６から出射
した光は平凸レンズ５７を介して液晶パネル５８に入射
する。そして、液晶パネル５８において図示されていな
い経路から供給される駆動信号に基づいて光変調が行な
われることで、画像が形成され投写レンズ５９によって
拡大投影される。なお、マルチレンズアレー５４から液
晶パネル５８までの系を照明光学系という。

【０００４】照明光学系としては、凸レンズ５４ａの焦
点を凸レンズ５５ａとすることにより、各凸レンズ５５
ａに集光された光を、液晶パネル５８の被照射領域に入
射することができ、各凸レンズ５５ａに結像したランプ
像を疑似光源とすることができるようにされている。さ
らに、各凸レンズ５５ａに結像したランプ像は、正の屈
折力を有する、すなわち、液晶パネル５８に対して収束
させる方向に屈折させることができる平凸レンズ５６を
通過する。そして、平凸レンズ５６を通過した光は、凸
平レンズ５７を介して液晶パネル５８に入射して、被照
射領域においてランプ像が合成されて透過することによ
り画像が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、照明光学系
と投写レンズ５９のＦナンバーはほぼ同等となるように
することが望ましい。Ｆナンバーとは光学系の明るさを
示す量の一つとされ、レンズの等価焦点距離をそのレン
ズの入射瞳径で割った値で示される。すなわち入射瞳径
を小さくするとＦナンバーが大きくなり、また入射瞳径
を大きくするとＦナンバーが小さくなる。

【０００６】しかし、投写レンズ５９の入射瞳５９ａの
径を小さくすることにより、投写レンズ５９自体を小さ
くすることができるが、その結果、入射することができ
る光量が低下するので画像が暗くなってしまう。そこ
で、ランプ５１からの光束を全て取り込むためには、平
凸レンズ５６と液晶パネル５８の距離Ａを長く取らなけ
ればならないので照明光学系が大きくなり、表示装置自
体も大型化するようになってしまう。

【０００７】また、平凸レンズ５６と液晶パネル５８の
距離が短くなるように配置すると照明光学系を小さく構
成することができるが、投写レンズ５９に対する入射角
度が大きくなるので、ランプ５１からの光束を有効に取
り込むためには入射瞳５９ａの径を大きくする必要があ
る。したがって、投写レンズ５９自体を大きく構成しな
くてはならない。

【０００８】このように、照明光学系または投写レンズ
５９のいずれか一方のＦナンバーを大きくすると、他方
のＦナンバーを小さくしなくてはならない。

【０００９】また、液晶パネル５８の実効開口率を向上
するために、その入射側に、画素それぞれに対応したマ
イクロレンズからなるマイクロレンズアレーを配置した
ものが知られている。この場合、マイクロレンズを介し
て画素に入射する光の画角が小さいく平行光に近い方が
良いので、照明光学系のＦナンバーを大きくして、マイ
クロレンズに対する光の入射角度を小さくすることが必
要とされる。しかし、照明光学系のＦナンバーを大きく
すると、上述したように距離Ａが長くなってしまい、大
型化してしまうという問題がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点を解決するために、少なくとも、ランプから出射した
光を光変調して画像を形成する光変調手段と、前記光変
調手段によって形成された画像を投写する投写手段と、
前記ランプから出射された光を前記光変調手段における
被照明領域に集光するようにされている正の屈折力を有
するレンズ手段を備えた表示装置に用いられる照明装置
において、前記集光手段と前記光変調手段の間における
所定の位置に、少なくとも１以上の負の屈折力を有する
負レンズ手段を配置する。

【００１１】本発明によれば、照明光学系のＦナンバー
を維持した状態で、照明光学系と投写手段の距離を短く
することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本実施の形態の照明装置を用いた液晶プロ
ジェクタ装置の照明光学系及び投写レンズの構成を説明
する図である。この図で、ランプ１、リフレクタ２、Ｕ
Ｖ−ＩＲカットフィルタ３、マルチレンズアレー４、
５、平凸レンズ６、凸平レンズ８、液晶パネル９、投写
レンズ１０は、図７に示した、ランプ５１、リフレクタ
５２、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ５３、マルチレンズア
レー５４、５５、平凸レンズ５６、凸平レンズ５７、液
晶パネル５８、投写レンズ５９に対応しているので詳細
な説明は省略する。

【００１３】本実施の形態では、集光手段として例えば
正の屈折力を持つ平凸レンズ６と、液晶パネル９の間
に、負の屈折力を持つ負レンズ手段として平凹レンズ７
を配置することにより、平凸レンズ６で正の方向（収束
する方向）に屈折した光を発散方向に屈折させて出射す
ることができるようにしている。したがって、平凹レン
ズ７から出射した光が液晶パネル９の被照明領域に対応
した照明領域を形成する位置は、平凹レンズ７を配置し
ない状態と比較して、平凸レンズ６側に移動することに
なる。この場合の液晶パネル９に対する入射角度は投写
レンズ１０の入射瞳１０ａの取り込み角度とほぼ同等と
される。つまり、投写レンズ１０は平凹レンズ７を配置
しない場合と同量の光を取り込むことができるようにな
るため、Ｆナンバーを変更する必要がない。したがっ
て、平凹レンズ７を配置することにより平凸レンズ６と
液晶パネル９までの距離Ａを短くすることができるよう
になり、投写レンズ１０及び照明光学系のＦナンバーを
維持したままで小型化を図ることができるようになる。

【００１４】以下、図１に示した照明光学系を用いて液
晶プロジェクタ装置を構成する例を説明する。図２はＲ
ＧＢ各色毎に１枚の液晶パネルを用いて構成される３板
式液晶プロジェクタ装置（以下、単に液晶プロジェクタ
装置という）の光学系の構成例を説明する図である。な
お、図１と同一部分には同一符号を付してあり、さら
に、凸平レンズ８、液晶パネル９については、対応して
いる色に対応して、Ｒ、Ｇ、Ｂの沿え字を付している。

【００１５】この図に示されている液晶プロジェクタ装
置は、ランプ１からの光をリフレクタ２、ＵＶ−ＩＲカ
ットフィルタ３、マルチレンズアレー４、５、平凸レン
ズ６によって正の方向に屈折された光を、平凹レンズ７
を介することにより負の方向に屈折させた後に、色分離
を行なう構成とされている。すなわち平凹レンズ７を介
した光（白色光）は、まず赤色光Ｒを透過するダイクロ
イックミラー２１に入射する。そしてここで赤色光Ｒが
透過し緑色光Ｇ及び青色光Ｂが反射する。このダイクロ
イックミラー２１を透過した赤色光Ｒはミラー２２によ
り進行方向を例えば９０゜曲げられて凸平レンズ８Ｒを
介して液晶パネル９Ｒに導かれる。

【００１６】一方、ダイクロイックミラー２１で反射し
た緑色光Ｇ及び青色光Ｂは青色光を透過するダイクロイ
ックミラー２３により分離されることになる。すなわ
ち、緑色光Ｇは反射することにより進行方向を例えば９
０゜曲げられて、凸平レンズ８Ｇを介して液晶パネル９
Ｇに導かれる。そして青色光Ｂはダイクロイックミラー
２３を透過して直進し、リレーレンズ２４、ミラー２
５、反転用リレーレンズ２６、ミラー２７、凸平レンズ
８Ｂを介して液晶パネル９Ｂに導かれる。

【００１７】液晶パネル９Ｒ、９Ｇ、９Ｂで光変調され
た各色光は、光合成手段としてクロスダイクロイックプ
リズム２８に入射して、赤色光Ｒは反射面２８ａで、ま
た青色光Ｂは反射面２８ｂで投射レンズ１０の方向に反
射される。そして緑色束Ｇは反射面２８ａ、２８ｂを透
過することにより、ここで各色光が１つの光軸に合成さ
れるようになる。

【００１８】また、図２に示す例では、平凹レンズ７を
平凸レンズ６とダイクロイックミラー２１の間に配置す
る例を示したが、例えば図３に示されているように、ダ
イクロイックミラー２１によって色分離が行なわれた後
に、分離された赤色光Ｒ、青色光Ｂ及び緑色光Ｇの各光
路に対してそれぞれ平凹レンズ７ａ、７ｂを配置するよ
うにすることもできる。

【００１９】さらに、光合成系にダイクロイックミラー
を用いた液晶プロジェクタ装置に平凹レンズ７を用いた
場合の例を図４に示す。この図に示されている液晶プロ
ジェクタ装置においても、図２、図３で説明したように
ランプ１からの光をリフレクタ２、ＵＶ−ＩＲカットフ
ィルタ３、マルチレンズアレー４、５、平凸レンズ６に
よって正の方向に屈折された光を、平凹レンズ７により
負の方向（発散させる方向）屈折させた状態で色分離を
行なう構成とされている。

【００２０】すなわち平凹レンズ７を介した光（白色
光）は、まず赤色光Ｒを透過するダイクロイックミラー
３１に入射する。そしてここで赤色光Ｒが透過し緑色光
Ｇ及び青色光Ｂが反射する。このダイクロイックミラー
３１を透過した赤色光Ｒはミラー３２により進行方向を
例えば９０゜曲げられて凸平レンズ８Ｒを介して液晶パ
ネル９Ｒに導かれる。そして、ここで光変調された後に
赤色光Ｒのみを透過するダイクロイックミラー３３に到
達する。

【００２１】一方、ダイクロイックミラー３１で反射し
た緑色光Ｇ及び青色光Ｂは青色光を透過するダイクロイ
ックミラー３５により分離されることになる。すなわ
ち、緑色光Ｇは反射されて進行方向を例えば９０゜曲げ
られて凸平レンズ８Ｇを介して液晶パネル９Ｇに導かれ
る。そして、ここで光変調された後にダイクロイックミ
ラー３３に到達するが、緑色光Ｇはここで反射すること
により赤色光Ｒと合成されて、青色光を透過するダイク
ロイックミラー３４に到達する。また、青色光Ｂはダイ
クロイックミラー３５を透過して直進して凸平レンズ８
Ｂを介して液晶パネル９Ｂに導かれる。そして、ここで
光変調された後に、ミラー３６を介してダイクロイック
ミラー３４に到達する。したがって、ダイクロイックミ
ラー３４において各液晶パネルで変調されたＲＧＢ各色
光が合成されてカラー画像が形成されて、このカラー画
像を投写レンズ１０によって拡大投影される。

【００２２】また、図４に示す例では、平凹レンズ７を
平凸レンズ６とダイクロイックミラー３１の間に配置す
る例を示したが、例えば図５に示されているように、ダ
イクロイックミラー３１によって色分離が行なわれた後
に、分離された赤色光、青色光及び緑色光の各光路に対
してそれぞれ平凹レンズ７ａ、７ｂを配置するようにす
ることもできる。

【００２３】図２乃至図５に示したように、平凸レンズ
６と液晶パネル８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの間に平凹レンズ７
（７ａ、７ｂ）を配置することにより、投写レンズ１０
に対する入射角度を維持しつつ、平凸レンズ６から液晶
パネル８（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に至る照明光学系の距離を短く
することができるようになる。

【００２４】なお、本実施の形態では負の屈折力を持つ
レンズ手段として、平凹レンズ７（７ａ、７ｂ）を用い
る例を挙げて説明したが、レンズの形状としては平凹型
に限定される必要はなく、負の屈折力を有するように構
成されている、凹平レンズ、両凹レンズ、メニスカスレ
ンズなどによって実現することもできる。また、図３、
図５に示したように、異なる光路に個々に負レンズ手段
を配置する場合、複数の負レンズ手段をそれぞれ異なる
形状で形成することも可能である。

【００２５】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。図６は他の実施の形態の照明装置を用いた液晶プロ
ジェクタ装置の照明光学系及び投写レンズの構成を説明
する図である。この図に示す液晶プロジェクタ装置にお
いては、液晶パネル４０の入射側にマイクロレンズアレ
ー４０ａが配置されている。なお、この図に示す照明光
学系及び投写レンズによって液晶プロジェクタ装置を構
成した場合、各光学素子の配置は図２乃至図５に示した
構成とほぼ同等とされる。

【００２６】マイクロレンズアレー４０ａは液晶パネル
４０の入射側において各画素に対向するようにされてい
るマイクロレンズを集合して構成されている。このマイ
クロレンズによってランプ１からの光を制御して平行光
に近い小さい画角で、各画素の有効領域に効率良く入射
させ実効開口率の向上を図るものとされている。この場
合、実効開口率の向上を実現しようとすると照明光学系
の出射角度θ１を小さくすることが望ましい。

【００２７】そこで、本発明では平凹レンズ７を配置す
ることにより、照明光学系のＦナンバーを維持した状態
で距離Ａを短くすることができるとともに、マイクロレ
ンズアレー４０ａに対する照明光学系の入射角度θ１、
すなわち画角を小さくすることができる。これによりマ
イクロレンズを介した光を平行光に近い小さい画角で各
画素の有効領域に効率良く光を入射することができ、液
晶パネル４０の実効開口率の向上することができるよう
になる。

【００２８】なお、図６に示したようにマイクロレンズ
アレー４０ａを適用した液晶パネル４０では、マイクロ
レンズの屈折により、液晶パネル４０から出射する光は
入射した光に対して画角θ２が広くなってしまう。この
場合、照明光学系のＦナンバーよりも、投写レンズ１０
のＦナンバーを小さく設定することにより液晶パネル４
０から出射する光を投写レンズ１０の入射瞳１０ａに効
率良く取り込むことができるようになる。

【００２９】さらに、本実施の形態では液晶パネルを用
いたプロジェクタ装置を例に挙げて説明したが、液晶パ
ネル以外でも、ランプなどの光源を利用して画像を形成
することができるプロジェクタ装置の照明光学系に適用
することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明は、入射し
た光を屈折して液晶パネルなどの光変調手段に対して集
光することができる集光手段と、光変調手段の間におけ
る所定の位置に前記集光手段からの光を負の方向に屈折
することができる負レンズ手段を備えることにより、前
記集光手段から光変調手段までの距離を短くすることが
できる。これにより、照明光学系はＦナンバーを維持し
つつ、より小型化を図ることが可能になる。さらに、負
レンズ手段の出射角度を投写手段の入射角度に対応させ
ることにより、投写手段では負レンズ手段を配置してい
ない場合と同様に照明光学系からの光を取り込むことが
できるので、Ｆナンバーを変更する必要が無い。したが
って、本発明は照明光学系と投写手段双方のＦナンバー
を変更せず、光の利用効率を維持したまま小型化を実現
することができる。

【００３１】また、前記光変調手段の入射側に画素に対
応したマイクロレンズを配置した場合においても、前記
集光手段から光変調手段までの距離を短くするととも
に、マイクロレンズに対する照明光学系の光の入射角度
を小さくすることができる。これにより、照明光学系の
Ｆナンバーを維持した状態で、マイクロレンズを介して
画素の有効領域に照射される光を平行光に近い小さい角
度にすることができ、液晶パネルの実効開口率の向上を
図ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の照明光学系の構成を説明
する図である。

【図２】本実施の形態の照明光学系を用いた液晶プロジ
ェクタ装置の構成例を説明する図である。

【図３】本実施の形態の照明光学系を用いた液晶プロジ
ェクタ装置の構成例を説明する図である。

【図４】本実施の形態の照明光学系を用いた液晶プロジ
ェクタ装置の構成例を説明する図である。

【図５】本実施の形態の照明光学系を用いた液晶プロジ
ェクタ装置の構成例を説明する図である。

【図６】本発明の他の実施の形態の構成例を説明する図
である。

【図７】従来の照明光学系の構成を説明する図である。

【符号の説明】

１ ランプ、２ リフレクタ、４，５ マルチレンズア
レー、６ 平凸レンズ、７，７ａ，７ｂ 平凹レンズ、
９，４０ 液晶パネル、１０ 投写レンズ、４０ａ マ
イクロレンズアレー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、ランプから出射した光を光
   変調して画像を形成する光変調手段と、 前記光変調手段によって形成された画像を投写する投写
   手段と、 前記ランプから出射された光を前記光変調手段における
   被照明領域に集光するようにされている正の屈折力を有
   するレンズ手段と、 を備えた表示装置に用いられる照明装置において、 前記集光手段と前記光変調手段の間における所定の位置
   に、少なくとも１以上の負の屈折力を有する負レンズ手
   段を配置したことを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 前記負レンズ手段から出射される光の出
   射角度は、前記投写手段における光の取り込み角度に対
   応していることを特徴とする請求項１に記載の照明装
   置。
3. 【請求項３】 前記光変調手段の入射側に、該光変調手
   段の画素それぞれに対応したマイクロレンズを備え、前
   記負レンズ手段は、前記マイクロレンズを透過した光が
   前記画素の有効領域に平行光に近い画角で入射させるこ
   とができる角度とされる光を出射することができるよう
   にされていることを特徴とする請求項１に記載の照明装
   置。