(57)【要約】  【課題】  映像表示素子上で複数の色光を移動可能な投写型映像表示技術において、コントラスト性能を確保し小形・低コスト化を可能にする。  【解決手段】  光源側からの光を映像表示素子と光源との間の２位置で結像させ、第１の結像点は、複数の反射面を有する回転多面反射体の近傍に形成し、第２の結像点は映像表示素子位置に形成する。【選択図】  図３
2006139099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成する投写型映像表示装置用の光学ユニットであって、
上記光源側から出射され色分離された光を、上記映像表示素子と該光源との間の第１の位置と、該映像表示素子上の第２の位置とに結像させる光学系と、
上記第１の位置を通過した光を、反射角を変化させながら上記第２の位置側に反射する反射手段と、
上記第２の位置において上記映像表示素子により形成された光学像を投写レンズユニット側に導く偏光分離手段と、
を有し、上記投写レンズユニットにより上記光学像を拡大投写するように構成したことを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成する投写型映像表示装置用の光学ユニットであって、
上記光源側からの光の偏光方向を揃え、所定の偏光光を形成する偏光変換手段と、
上記偏光光から赤、緑、青の各色光を分離する色分離手段と、
中心軸周りに複数の反射面を有し、該中心軸周りに回転しながら該複数の反射面で順に、上記色分離された光を上記映像表示素子側に反射する回転多面反射体と、
上記色分離手段と上記回転多面反射体との間に配され、該回転多面反射体の上記反射面の近傍に結像点を有する第１の光学系と、
上記回転多面反射体と上記映像表示素子との間に配され、該映像表示素子位置に結像点を有する第２の光学系と、
上記映像表示素子で上記結像光により形成された各色光の光学像を投写レンズユニット側に導く偏光分離手段とを有し、
上記投写レンズユニットにより上記光学像を拡大投写するように構成したことを特徴とする光学ユニット。
【請求項３】
上記第２の光学系は、上記第１の光学系を形成するレンズ群の一部または全部を該第１の光学系と共用する構成である請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項４】
上記回転多面反射体は、その中心軸が上記第１の光学系の光軸上もしくはその延長線上または上記第２の光学系の光軸上もしくはその延長線上に配されている請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項５】
上記第１の光学系は倍率を縮小する光学系であり、上記第２の光学系は、倍率を拡大する光学系である請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項６】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成し、該光学像を投写レンズユニットにより拡大投写して映像表示する投写型映像表示装置であって、
上記光源側からの光を、上記映像表示素子と該光源との間の第１の位置と、該映像表示素子上の第２の位置とに結像させる光学系と、
上記第１の位置を通過した光を、反射面の角度及び位置を変化させかつ該反射面を切替えながら上記映像表示素子側に反射する反射手段と、
上記第２の位置において上記映像表示素子により形成された光学像を上記投写レンズユニット側に導く偏光分離手段と、
上記反射手段を、上記反射面の角度及び位置が変化するとともに該反射面が切替わるように駆動するモータと、
上記映像表示素子を映像信号に基づき駆動するとともに、上記モータを駆動する駆動回路と、
上記光源、上記モータ及び上記駆動回路に電力を供給する電源回路と、
を備え、上記反射手段から上記映像表示素子に照射される各色光が、該反射手段の上記反射面の切替わりにより、該映像表示素子上で所定方向に移動する構成としたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項７】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成し、該光学像を投写レンズユニットにより拡大投写して映像表示する投写型映像表示装置であって、
上記光源側からの光の偏光方向を揃え、所定の偏光光を形成する偏光変換手段と、
上記偏光光から赤、緑、青の各単色光を分離する色分離手段と、
中心軸周りに複数の反射面を有し、該中心軸周りに回転しながら該複数の反射面で順に、上記色分離された光を上記映像表示素子側に反射する回転多面反射体と、
上記色分離手段と上記回転多面反射体との間に配され、該回転多面反射体の上記反射面の近傍に結像点を有する第１の光学系と、
上記回転多面反射体と上記映像表示素子との間に配され、該映像表示素子位置に結像点を有する第２の光学系と、
上記映像表示素子で上記結像光により形成された各単色光の光学像を上記投写レンズユニット側に導く偏光分離手段と、
上記回転多面反射体を中心軸周りに回転駆動するモータと、
上記映像表示素子を映像信号に基づき駆動するとともに、上記モータを駆動する駆動回路と、
上記光源、上記モータ及び上記駆動回路に電力を供給する電源回路と、
を備え、上記回転多面反射体から上記映像表示素子に照射される各色光が、該回転多面反射体の回転に基づく上記反射面の切替わりにより、該映像表示素子上で所定方向に移動する構成としたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項８】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成し、該光学像を投写レンズユニットにより拡大投写して映像表示する投写型映像表示装置であって、
上記光源側からの光の偏光方向を揃え、所定の偏光光を形成する偏光変換手段と、
上記偏光光から赤、緑、青の各色光を分離する色分離手段と、
中心軸周りに複数の反射面を有し、該中心軸周りに回転しながら該複数の反射面で順に、上記色分離された光を上記映像表示素子側に反射する回転多面反射体と、
上記色分離された光を上記回転多面反射体側に反射するとともに、上記映像表示素子で上記結像光により形成された各色光の光学像を上記投写レンズユニット側に導く偏光ビームスプリッタと、
上記色分離手段と上記回転多面反射体との間に配され、該回転多面反射体の反射面の近傍に結像点を有し、上記偏光ビームスプリッタによる上記反射光を該回転多面反射体の反射面に照射する第１の光学系と、
上記回転多面反射体と上記映像表示素子との間に配され、上記第１の光学系を形成するレンズ群の一部または全部を該第１の光学系と共用し、該映像表示素子位置に結像点を有し、該回転多面反射体からの反射光を該映像表示素子に照射する第２の光学系と、
上記回転多面反射体を中心軸周りに回転駆動するモータと、
上記映像表示素子を映像信号に基づき駆動するとともに、上記モータを駆動する駆動回路と、
上記光源、上記モータ及び上記駆動回路に電力を供給する電源回路と、
を備え、上記回転多面反射体から上記映像表示素子に照射される各色光が、該回転多面反射体の回転に基づく上記反射面の切替わりにより、該映像表示素子上で所定方向に移動する構成としたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項９】
上記回転多面反射体は、その中心軸が上記第１の光学系の光軸上または上記第２の光学系の光軸上に配されている請求項７または請求項８に記載の投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源側からの光を映像表示素子に照射し、映像信号に基づき変調して光学像を形成する投写型映像表示装置に係り、特に、映像表示素子上で複数の色光を所定方向に移動（スクロール）可能な投写型映像表示技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連した従来技術としては、例えば、特開２００１−３３７２８６号公報（特許文献１）に記載されたものがある。該公報には、単板式画像表示技術において、カラー表示を行うに当り、ライトバルブの高解像度維持と光利用率の向上化のために、光源からの色光を各色光毎の集光光学系で回転多面鏡（回転多面反射体）に導き、該回転多面鏡で走査を行い、走査光学系によりライトバルブに最適化照明するとした構成が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３３７２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載された技術では、回転多面鏡に対する入射光学系を各色光毎に別個に設けるか、または、回転多面鏡に対する入射光学系と出射光学系も別個に設け、互いにそれぞれの光軸を交叉させるようにしている。このため、特に、回転多面鏡（回転多面反射体）や装置の小形化、低コスト化などの点でより一層の改善の余地があると考えられる。また、映像のコントラストの確保や改善についても記載がない。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、映像表示素子上で複数の色光を所定方向に移動（スクロール）可能な投写型映像表示技術において、より一層の小形・低コスト化及び高コントラスト性の確保を実現できるようにすることである。
本発明の目的は、かかる課題点を解決し、小形・低コストで高性能の投写型映像表示技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題点を解決するために、本発明では、映像表示素子上で複数の色光を所定方向に移動（スクロール）可能な投写型映像表示装置用の光学ユニットまたは該投写型映像表示装置として、（１）光源側からの光を、映像表示素子と光源との間の第１の位置と、該映像表示素子上の第２の位置とに結像させ、該第１の位置を通過した光を、反射角が変化する反射手段で該２の位置側に反射する構成とする。（２）光源側からの光を偏光変換してＰ、Ｓいずれかの偏光光とし、さらに該偏光光を赤、緑、青の各色光に分離し、該分離光を、中心軸周りに回転可能な複数の反射面を有する回転多面反射体の反射面の近傍（例えば反射面の直前または直後）で第１の光学系により結像させ、該結像点を通った光を該回転多面反射体の複数の反射面で順に映像表示素子側に反射させ、該反射光を第２の光学系により該映像表示素子位置で再び結像させる構成とする。（３）色分離された光を回転多面反射体に入射させる入射光学系（第１の光学系）のレンズ群の一部または全部を、回転多面反射体で反射した光を映像表示素子導き結像させる第２の光学系に共用する構成とする。（４）上記（２）または（３）において、回転多面反射体の中心軸を第１の光学系の光軸上もしくはその延長線上または第２の光学系の光軸上もしくはその延長線上に配し、回転多面反射体の複数の反射面のそれぞれにおいて、該第１または第２の光学系の光軸が該反射面の略中央部で該反射面に対し略垂直となるようにする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光学ユニットまたはそれを用いた投写型映像表示装置において、より一層の小形・低コスト化及び高コントラスト性の確保が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明による最良の形態について、図面を用いて説明する。
図１は本発明の原理説明図である。本発明は、基本的に、光源と、光源からの白色光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色光に分離する色分離手段と、色分離された光を、反射面の角度及び位置を変化させかつ該反射面を切替えながら映像表示素子側に反射する反射手段例えば中心軸周りに回転する複数の反射面で順に該色分離された光を反射する回転多面反射体（以下、反射手段を回転多面反射体として説明する）と、該色分離された光を回転多面反射体に入射させる第１の光学系と、回転多面反射体で反射した光が照射されこれを映像信号に基づき変調する映像表示素子と、回転多面反射体で反射した光を映像表示素子上に導き照射する第２の光学系とを備える。該第１の光学系と第２の光学系により、色分離手段から映像表示素子に至る光路上には２つの結像点が形成され、第１の結像点は、第１の光学系により回転多面反射体の反射面の近傍（例えば該反射面の直前または直後）の位置に形成され、第２の結像点は、第２の光学系により映像表示素子位置に形成される。
【０００８】
図１において、１００は、光源側においてラスタを形成する像、１０３は第１の光学系、１０１は第１の結像点に形成された第１の結像、１０４は第２の光学系、１０２は、第２の結像点である映像表示素子の位置に形成される第２の結像、Ｌ１は、ラスタを形成する像１００の大きさ、Ｌ２は、第１の結像１０１の大きさ、Ｌ３は、第２の結像１０２の大きさである。図１で、ラスタを形成する像１００の位置からは、色分離手段で色分離された光（色光）が出射される。該光は第１の光学系１０３に入射し、該第１の光学系１０３は、ラスタを形成する像１００の大きさを１／ｎ１倍に縮小し（ｎ１；第１の光学系１０３を構成するレンズ群の縮小倍率）、第１の結像点に大きさＬ２の第１の結像１０１を形成する（Ｌ２＝Ｌ１／ｎ１）。さらに、該第１の結像点を経た光は第２の光学系１０４に入り、該第２の光学系１０４は、第１の結像１０１をｎ２倍に拡大（ｎ２；第２の光学系１０４を構成するレンズ群の拡大倍率）し、第２の結像点である映像表示素子位置に大きさＬ３の第２の結像１０２を形成する（Ｌ３＝ｎ２Ｌ２＝（ｎ２／ｎ１）Ｌ１）。回転多面反射体は、上記第１の結像点の近傍（例えば直前または直後）（図１では結像点の直後）にその反射面位置がくるようにして、該第１の光学系の光軸上もしくはその延長線上かつ第２の光学系の光軸上もしくはその延長線上に配される。回転多面反射体は第１の光学系１０３の光軸上もしくはその延長上または第２の光学系の光軸上もしくはその延長上に配されることで、回転多面反射体の複数の反射面のそれぞれにおいて、反射面の略中央部に入射する光または反射する光が該反射面に対し略垂直となる。該構成は、回転多面反射体の複数の反射面の数や面積を縮減可能とし、回転多面反射体の小形化を可能にする。さらに、反射面とその周辺部との光の照度比を増大させ、コントラストの増大化を可能にする。また、第１の光学系１０３により、回転多面反射体の近傍の第１の結像点に大きさＬ２（Ｌ２＝Ｌ１／ｎ１）の第１の結像１０１を形成する構成は、回転多面反射体の反射面上の像の大きさを小さくするように作用し、この点からも該反射面の面積を縮小可能にして回転多面反射体の小形化を可能にする。また、第２の光学系１０４により、映像表示素子位置の第２の結像点に大きさＬ３（Ｌ３＝（ｎ２／ｎ１）Ｌ１）の第２の結像１０２を形成する構成は、映像表示素子位置におけるＦ値を大きくすることを可能にする。該Ｆ値が増大することで映像表示素子への光の入射角が小さくなり、高いコントラストを確保し易くなる。例えば、第１の光学系１０３のｎ１値をｎ１＝３、Ｆ値Ｆ１をＦ１＝Ｆ１．５、第２の光学系１０４のｎ２値をｎ２＝４、Ｆ値Ｆ２をＦ２＝Ｆ０．５としたとき、第２の結像点におけるＦ値Ｆ３はＦ３＝Ｆ２．０となる。
【０００９】
図２は、本発明の第１の実施例としての投写型映像表示装置の構成例図である。本第１の実施例は、（１）色分離手段から映像表示素子に至る光路上に２つの結像点を形成し、第１の結像点は、第１の光学系によって回転多面反射体の反射面の近傍（例えば該反射面の直前または直後）の位置に形成し、第２の結像点は、第２の光学系によって映像表示素子位置に形成する、（２）回転多面反射体を第１の光学系の光軸上もしくはその延長線上または第２の光学系の光軸上もしくはその延長線上に配する、（３）第２の光学系を映像表示素子位置におけるＦ値を大きくする構成とし、該映像表示素子への光の入射角を小さくする、のそれぞれを基本構成とし、第１の光学系と第２の光学系とを１本の直線状光軸上において別個の位置に配し、色分離手段としては、複数個の色分離面が直線方向に配列されて成るカラープリズムを用い、その前段部に、入射光がパイプ内部を反射しながら進行するライトパイプを設けた場合である。
【００１０】
図２において、１は光源としてのランプ、２は、楕円面、放物面または非球面の反射面を有し光源１の光を所定の方向に反射するリフレクタ、３は、偏光ビームスプリッタと１／２波長位相差板から成り、該リフレクタ２側からの光をＰ偏光光とＳ偏光光とに分離後、該両偏光光のうちいずれか一方の偏光光の偏光方向を回転し他方の偏光光に揃える偏光変換素子、１０は色分離手段としてのカラープリズム、１０Ｒは、緑色光（（以下、Ｇ光という）成分及び青色光（以下、Ｂ光という）成分を反射し、赤色光（以下、Ｒ光という）成分を透過するダイクロイック膜（以下、Ｒ光透過用ダイクロイック膜という）、１０Ｇは、Ｂ光成分を透過し、Ｇ光成分を反射するダイクロイック膜（以下、Ｇ光反射用ダイクロイック膜という）、１０Ｂは、Ｂ光成分を反射するダイクロイック膜（以下、Ｂ光反射用ダイクロイック膜という）、２０は、カラープリズム１０で色分離された各色光が入射され第１の結像点ａに第１の結像を形成する第１の光学系、２２は、該第１の光学系２０を構成する第１のレンズ群、５０は、第１の結像点ａより後段に配され、中心軸周りに回転しながら該中心軸周りの複数の反射面で順に、上記色分離された光を映像表示素子側に反射するポリゴンミラー等の回転多面反射体、２１は、回転多面反射体５０で反射された光が入射され映像表示素子位置の第２の結像点ｂに第２の結像を形成する第２の光学系、２３は、該第２の光学系２１を構成する第２のレンズ群、２４は、照射された光を映像信号に基づき変調して光学像を形成する映像表示素子、２５は、偏光ビームスプリッタであり、光学像を、拡大投写する投写レンズユニット２７側に導くように構成され、２５ａは、偏光ビームスプリッタ２５の内部に設けられ、Ｓ偏光光を反射しＰ偏光光を透過する検光膜、２６は、偏光ビームスプリッタ２５を透過する光学像に混入した不要偏光光を除く偏光板、６０は電源回路、６１は、外部から入力される映像信号を処理する信号処理回路、６２は、該信号処理回路６１からの出力信号に基づき上記映像表示素子２４を駆動する駆動回路、６５は、上記回転多面反射体５０をその中心軸周りに回転駆動するモータである。
【００１１】
上記回転多面反射体５０は、その中心軸周りに環状に連なる複数の反射面が構成されている。該回転多面反射体５０は、第１の光学系２０の光軸上もしくはその延長線上または第２の光学系２１の光軸上もしくはその延長線上に配される。該回転多面反射体５０は、モータ６５により上記中心軸周りに所定速度で回転され、その複数の反射面は、上記中心軸周りに回転しながら順に、上記第１の光学系２０から入射される色分離された光を反射し、第２の光学系２１側に出射する。第１の光学系２０は、回転多面反射体５０の近傍に第１の結像点を形成する。第２の光学系２１を構成する第２のレンズ群２３からの光は、偏光ビームスプリッタ２５に入射され、その検光膜２５ａで反射した光（各色光）は反射型の映像表示素子２４に照射される。第２の光学系は該映像表示素子２４の位置に第２の結像点を形成する。該映像表示素子２４に照射された各色光は、上記回転多面反射体５０の回転でその複数の反射面が順次切替わることにより、該映像表示素子２４上で所定方向に移動（スクロール）する。ランプ１から投射レンズユニット２７に至る光学系は、投写型映像表示装置における光学ユニットを構成している。
【００１２】
上記構成において、ランプ１から出た光（白色光）は、楕円面または放物面または非球面のリフレクタ２にて反射集光された状態で出射され、偏光変換素子３に入射される。偏光変換素子３内では、偏光ビームスプリッタ（図示なし）でＰ偏光光とＳ偏光光とに分離され、１／２波長位相差板（図示なし）により、例えば該Ｐ偏光光が偏光方向を回転されてＳ偏光光とされ、上記偏光ビームスプリッタで分離されたＳ偏光光と併せ、該偏光変換素子３から出射される。該偏光変換素子３内における上記１／２波長位相差板は、上記構成の他、上記の場合とは反対に、上記偏光ビームスプリッタで分離されたＳ偏光光の偏光方向を回転してＰ偏光光とする構成とし、偏光変換素子３からの出射光としてはＰ偏光光を出射するようにしてもよい。偏光変換素子３から出射された白色光のＳ偏光光は、ライトパイプ４内を反射しながら進行しカラープリズム１０に入射する。カラープリズム１０では、まず、Ｒ光透過用ダイクロイック膜１０Ｒで、入射された白色光のＳ偏光光のうちＲ光のＳ偏光光を透過して分離し、次に、Ｇ光反射用ダイクロイック膜１０Ｇでは、入射されたＧ光、Ｂ光のＳ偏光光のうちＧ光のＳ偏光光を反射して分離し、最後に、Ｂ光反射用ダイクロイック膜１０Ｂでは、入射されたＢ光のＳ偏光光を反射する。分離されたＲ光のＳ偏光光、Ｇ光のＳ偏光光及びＢ光のＳ偏光光はそれぞれ、第１の光学系２０の第１のレンズ群２２により集光され、第１の結像点ａで結像した後、回転多面反射体５０の反射面に入射する。該回転多面反射体５０では、各色光は、該回転多面反射体５０の回転により該回転多面反射体５０に設けられた複数の反射面で反射され第２の光学系２１側に出射される。第２の光学系２１では、各色光は、第２のレンズ群２３により、光束を拡大された後縮小され、偏光ビームスプリッタ２５に入射され、検光膜２５ａで反射された後、反射型の映像表示素子２４に照射される。該照射された色光は該映像表示素子２４上の第２の結像点ｂで結像する。第１の光学系２０の第１のレンズ群２２と第２の光学系２１の第２のレンズ群２３の両方、または第２の光学系２１の第２のレンズ群２３は、映像表示素子２４上の第２の結像点ｂ位置におけるＦ値を大きくして、該映像表示素子２４への光の入射角が小さくなるようにしている。例えば、第１の光学系２０の第１のレンズ群２２のＦ値をＦ１．５、第２の光学系２１の第２のレンズ群２３のＦ値をＦ０．５とし、第２の結像点ｂにおけるＦ値をＦ２．０とすることで、該映像表示素子２４への光の入射角を小さくすることができる。
【００１３】
反射型の映像表示素子２４は、映像信号に基づき駆動回路６２で駆動され、上記照射されたＲ光、Ｇ光及びＢ光それぞれを該映像信号に対応して変調し、Ｓ偏光光をＰ偏光光の反射光として、再び、偏光ビームスプリッタ２５側に出射する。該Ｐ偏光光は映像信号に対応したＲ光、Ｇ光及びＢ光それぞれの光学像を形成している。駆動回路６２は、信号処理回路６１からの出力信号に基づき作動する。偏光ビームスプリッタ２５では、映像表示素子２４側から入射されるＲ光、Ｇ光、Ｂ光それぞれのＰ偏光光を検光膜２５ａを透過しＰ偏光光の光学像として、偏光板２６を介して投射レンズユニット２７側へ出射する。投射レンズユニット２７は、入射した光を拡大投射してスクリーン上等に上記映像信号に応じた映像を映し出す。
【００１４】
かかる第１の実施例によれば、第１の結像点ａを回転多面反射体５０の反射面の近傍（例えば該反射面の直前または直後）に形成する構成のため、該反射面上の像のサイズを小さくすることができ、これによって該回転多面反射体５０の小形化及び低コスト化が可能となり、光学ユニットや映像表示装置の小形化及び低コスト化を図ることができる。また、光学系が映像表示素子２４への光の入射角を小さくする構成のため、高いコントラストを確保することも可能となる。また、回転多面反射体５０は、第１の光学系の光軸上もしくはその延長線上または第２の光学系の光軸上もしくはその延長線上に配されるため、該回転多面反射体５０の複数の反射面の数や面積の縮減が可能となり、この点からも、回転多面反射体５０の小形化が可能となる上さらに、反射面とその周辺部との光の照度比を増大させ、コントラストの増大を可能にする。さらに、回転多面反射体５０と１個の映像表示素子２４とを組合わせた構成のため、光学ユニットや映像表示装置全体を簡易構成とすることができる。この点からの小形化、低コスト化も可能となる。
【００１５】
図３は、本発明の第２の実施例としての投写型映像表示装置の構成例図である。本第２の実施例も、上記第１の実施例と同様、（１）色分離手段から映像表示素子に至る光路上に２つの結像点を形成し、第１の結像点は、第１の光学系によって回転多面反射体の反射面の近傍（例えば該反射面の直前または直後）に形成し、第２の結像点は、第２の光学系によって映像表示素子位置に形成する、（２）回転多面反射体を第１の光学系の光軸上もしくはその延長線上または第２の光学系の光軸上もしくはその延長線上に配する、（３）第２の光学系を映像表示素子位置におけるＦ値を大きくする構成とし、該映像表示素子への光の入射角を小さくする、（４）偏光分離手段としての偏光ビームスプリッタと回転多面反射体との間に、該回転多面反射体への入射光学系としての第１の光学系のレンズ群（第１のレンズ群）と、該回転多面反射体からの出射光学系として第２の光学系のレンズ群（第２のレンズ群）とを互いを共用する状態で設ける、のそれぞれを基本構成とし、色分離手段としてはカラープリズムを用い、その前段部にライトパイプを設ける場合である。
【００１６】
図３において、１は光源としてのランプ、２は、光源１の光を所定の方向に反射するリフレクタ、３は偏光変換素子、１０は色分離手段としてのカラープリズム、５はミラー、６、７は、第１の光学系の一部を構成するコリメータレンズ、１８は、偏光ビームスプリッタ、１８ａは、偏光ビームスプリッタ１８の内部にあってＰ偏光光とＳ偏光光のいずれか一方を反射し他方を透過する検光膜、１４、１５、１６は、第１の光学系と第２の光学系とに共用される集光または拡大用のレンズ、１３は、ポリゴンミラー等の回転多面反射体、１７ａは１／４波長位相差板、１７ｂは偏光板、１２は反射型の映像表示素子、２７は投射レンズユニット、６０は電源回路、６１は、外部から入力される映像信号を処理する信号処理回路、６２は、該信号処理回路６１からの出力信号に基づき上記映像表示素子１２を駆動する駆動回路、６５は、上記回転多面反射体１３をその中心軸周りに回転駆動するモータである。
【００１７】
上記回転多面反射体１３は、上記図２の場合と同様、その中心軸周りに環状に連なる複数の反射面が構成されている。該回転多面反射体１３は、第１の光学系の光軸上もしくはその延長線上または第２の光学系の光軸上もしくはその延長線上に配される。該回転多面反射体１３は、モータ６５により上記中心軸周りに所定速度で回転され、複数の反射面は、上記中心軸周りに回転しながら順に、第１の光学系の第１のレンズ群から入射される色分離された光を反射し、第２の光学系側に出射する。本第２の実施例では、該第１の光学系と該第２の光学系とが、偏光ビームスプリッタ１８と回転多面反射体１３との間の直線状の光路上に互いのレンズを共用した状態で形成される。第１の光学系における第１のレンズ群は、コリメータレンズ６、７及びレンズ１４、１５、１６により構成され、第２の光学系における第２のレンズ群は、レンズ１４、１５、１６により構成される。すなわち、レンズ１４、１５、１６が第１の光学系と第２の光学系とに共用される。第１の光学系における第１のレンズ群は、回転多面反射体１３の反射面の近傍（例えば該反射面の直前または直後）に第１の結像点を形成する。該第１の結像点を経て回転多面反射体１３の反射面で反射され、第２のレンズ群を通った光は、１／４波長位相差板１７ａで偏光方向を回転されて偏光ビームスプリッタ１８に入射される。該偏光ビームスプリッタ１８の検光膜１８ａを透過した光（各色光）は反射型の映像表示素子１２に照射される。第２の光学系は該映像表示素子１２の位置に第２の結像点を形成する。該映像表示素子１２に照射された各色光は、上記回転多面反射体１３の回転でその複数の反射面が順次切替わることにより、該映像表示素子１２上で所定方向に移動（スクロール）する。本第２の実施例においても、ランプ１から投射レンズユニット２７に至る光学系が、投写型映像表示装置における光学ユニットを構成する。
【００１８】
上記構成において、ランプ１から出た光（白色光）は、リフレクタ２にて反射集光され、出射されて偏光変換素子３に入射される。偏光変換素子３内では、上記第１の実施例の場合と同様、Ｐ偏光光とＳ偏光光とに分離され、かつ偏光方向を揃えられ、例えばＳ偏光光として出射される。該偏光変換素子３からはＰ偏光光が出射されるようにしてもよい。偏光変換素子３から出射された白色光のＳ偏光光は、ライトパイプ４内を反射しながら進行しカラープリズム１０に入射する。カラープリズム１０では、第１の実施例の場合と同様、入射した白色光のＳ偏光光がＲ光、Ｇ光、Ｂ光それぞれのＳ偏光光に色分離されて出射される。該色分離されたＲ光のＳ偏光光、Ｇ光のＳ偏光光及びＢ光のＳ偏光光はそれぞれ、ミラー５で反射され、第１の光学系の一部としてのコリメータレンズ６、７で平行光となるようにされ、偏光ビームスプリッタ１８に入射する。偏光ビームスプリッタ１８に入射した光は、検光膜１８ａで反射された後、１／４波長位相差板１７ａを介し、第１の光学系の第１のレンズ群を構成するレンズ１６、１５、１４に入射される。入射光は、レンズ１６、１５、１４によって光束を縮小され、回転多面反射体１３の反射面の近傍の第１の結像点ａに結像する。第１の結像点ａを経た光は、回転多面反射体１３の反射面に入射され、該反射面で反射され、第２の光学系の第２のレンズ群を構成するレンズ１４、１５、１６に入射される。該レンズ１４、１５、１６を通った光は、再度１／４波長位相差板１７ａを通過するため偏光方向が回転してＰ偏光光となり、偏光ビームスプリッタ１８に入射され、検光膜１８ａを透過する。該検光膜１８ａを透過した光（各色光）は反射型の映像表示素子１２に照射される。第２の光学系は、該映像表示素子１２の位置に第２の結像点ｂを形成する。該映像表示素子１２に照射された各色光は、上記回転多面反射体１３の回転でその複数の反射面が順次切替わることにより、該映像表示素子１２上で所定方向に移動する。第１の光学系における第１のレンズ群のレンズ６、７、１６、１５、１４と第２の光学系における第２のレンズ群のレンズ１４、１５、１６の両方、または第２の光学系における第２のレンズ群のレンズ１４、１５、１６は、映像表示素子１２上の第２の結像点ｂ位置におけるＦ値を大きくして、該映像表示素子１２への光の入射角が小さくなるようにしている。例えば、第１の光学系の第１のレンズ群のＦ値をＦ１．５、第２の光学系の第２のレンズ群のＦ値をＦ０．５とし、第２の結像点ｂにおけるＦ値をＦ２．０とすることで、該映像表示素子１２への光の入射角を小さくすることができる。
【００１９】
上記映像表示素子１２は、映像信号に基づき駆動回路６２で駆動され、上記照射されたＲ光、Ｇ光及びＢ光それぞれを該映像信号に対応して変調し、Ｐ偏光光をＳ偏光光の反射光として、再び、偏光ビームスプリッタ１８側に出射する。該Ｓ偏光光は映像信号に対応したＲ光、Ｇ光及びＢ光それぞれの光学像を形成している。偏光ビームスプリッタ１８では、映像表示素子１２側から入射されるＲ光、Ｇ光、Ｂ光それぞれのＳ偏光光を検光膜１８ａで反射させ、Ｓ偏光光の映像光として、偏光板１７ｂを介して投射レンズユニット２７側へ出射する。投射レンズユニット２７は、入射した光を拡大投射しスクリーン等に上記映像信号に応じた映像を映し出す。
【００２０】
かかる第２の実施例によれば、上記第１の実施例の場合と同様、第１の結像点ａを回転多面反射体１３の反射面の近傍に形成する構成のため、該反射面上の像のサイズを小さくすることができ、これによって該回転多面反射体１３の小形化及び低コスト化が可能となり、光学ユニットや映像表示装置の小形化及び低コスト化を図ることができる。また、映像表示素子１２への光の入射角を小さくする構成のため、高いコントラストを確保することも可能となる。また、回転多面反射体１３は、第１の光学系の光軸上もしくはその延長線上または第２の光学系の光軸上もしくはその延長線上に配されるため、該回転多面反射体１３の複数の反射面の数や面積の縮減が可能となり、この点からも、該回転多面反射体１３の小形化が可能となる上さらに、反射面とその周辺部との光の照度比を増大させ、コントラストの増大を可能にする。さらに、回転多面反射体１３と１個の映像表示素子１２とを組合わせる構成のため、光学ユニットや映像表示装置全体を簡易構成とすることができる。また、この点からの小形化、低コスト化も可能となる。特に、第２の実施例構成では、第１の光学系における第１のレンズ群と第２の光学系におけるレンズ群とを互いに共用しているため、光学系の部品点数を減らしてサイズを小さくすることが可能となり、光学ユニットや映像表示装置全体を一層、小形、簡易かつ低コストの構成とすることができる。
【００２１】
図４は、本発明の第３の実施例としての投写型映像表示装置の構成例図である。本第３の実施例も、（１）色分離手段から映像表示素子に至る光路上に２つの結像点を形成し、第１の結像点は、第１の光学系によって回転多面反射体の反射面の近傍（例えば該反射面の直前または直後）の位置に形成し、第２の結像点は、第２の光学系によって映像表示素子位置に形成する、（２）回転多面反射体を第１の光学系の光軸上またはその延長線上または第２の光学系の光軸上またはその延長線上に配する、（３）第２の光学系を映像表示素子位置におけるＦ値を大きくする構成とし、該映像表示素子への光の入射角を小さくする、（４）偏光分離手段としての偏光ビームスプリッタと、回転多面反射体との間に、該回転多面反射体への入射光学系としての第１の光学系のレンズ群（第１のレンズ群）と、該回転多面反射体からの出射光学系として第２の光学系のレンズ群（第２のレンズ群）とを互いを共用する状態で設ける、のそれぞれを基本構成とし、色分離手段としては、上記第１、第２の実施例の場合と同様にカラープリズムを用い、光源側からの光をアレイレンズ、偏光変換素子及び集光用のコンデンサレンズにより処理することで該カラープリズムへの入射光を形成する場合の例である。
【００２２】
図４において、３０は、複数の集光レンズから成り、複数の２次光源像を形成して光束断面における照度分布が均一になるようにするための第１のアレイレンズ、３１は、複数の集光レンズより成り、第１のアレイレンズ３０のレンズ像を結像するための第２のアレイレンズ、３２は偏光変換素子、３３、３４は集光用のコンデンサレンズである。他の部分の構成は、上記図３に示す第２の実施例の場合と同じであり、各構成要素には該図３の場合と同じ符号を付す。
【００２３】
図４の構成において、光源のランプ１から出射し、リフレクタ２で反射集光された光は、第１のアレイレンズ３０で複数の２次光源像を形成した後、第２のアレイレンズ３１で該複数の２次光源像を結像し、該結像光が、偏光変換素子３２で偏光方向を揃えられたＰ、Ｓいずれかの偏光光として出射される。該出射された偏光光はカラープリズム１０に入射される。該カラープリズム１０以降の各構成要素の動作は、上記第２の実施例の場合と同じである。
【００２４】
かかる第３の実施例によれば、上記第２の実施例の場合と同様、第１の結像点を回転多面反射体１３の反射面の近傍に形成する構成のため、該回転多面反射体１３の小形化及び低コスト化が可能となり、光学ユニットや映像表示装置の小形化及び低コスト化が可能となる。また、映像表示素子１２への光の入射角を小さくする構成のため、高いコントラストを確保することも可能となる。また、回転多面反射体１３が、第１の光学系の光軸上もしくはその延長線上または第２の光学系の光軸上もしくはその延長線上に配されるため、この点からも該回転多面反射体１３の小形化が可能となり、さらに、コントラストの増大も可能となる。さらに、光学ユニットや映像表示装置全体を簡易構成にすることができる。特に、本第３の実施例構成では、第１の光学系における第１のレンズ群と第２の光学系におけるレンズ群とを互いに共用する構成としているため、光学系の部品点数の削減が可能となり、この点からも光学ユニットや映像表示装置全体を小形、簡易かつ低コストの構成とすることができる。
【００２５】
図５は、本発明の第４の実施例としての投写型映像表示装置の構成例図である。本第４の実施例も、上記第３の実施例と同様、（１）色分離手段から映像表示素子に至る光路上に２つの結像点を形成し、第１の結像点は、第１の光学系によって回転多面反射体の反射面の近傍（例えば該反射面の直前または直後）に形成し、第２の結像点は、第２の光学系によって映像表示素子位置に形成する、（２）回転多面反射体を第１の光学系の光軸上もしくはその延長線上または第２の光学系の光軸上もしくはその延長線上に配する、（３）第２の光学系を映像表示素子位置におけるＦ値を大きくする構成とし、該映像表示素子への光の入射角を小さくする、（４）偏光分離手段としての偏光ビームスプリッタと、回転多面反射体との間に、該回転多面反射体への入射光学系としての第１の光学系のレンズ群（第１のレンズ群）と、該回転多面反射体からの出射光学系として第２の光学系のレンズ群（第２のレンズ群）とを互いを共用する状態で設ける、のそれぞれを基本構成とし、色分離手段としてはダイクロイックミラーを用いる場合の例である。
【００２６】
図５において、１５はダイクロイックミラー、１５Ｒは、Ｇ光成分及びＢ光成分を透過し、Ｒ光成分を反射するＲ光反射用ダイクロイックミラー、１５Ｇは、Ｂ光成分を透過し、Ｇ光成分を反射するＧ光反射用ダイクロイックミラー、１５Ｂは、Ｂ光成分を反射するＢ光反射用ダイクロイックミラーである。Ｒ光反射用ダイクロイックミラー１５Ｒ、Ｇ光反射用ダイクロイックミラー１５Ｇ、Ｂ光反射用ダイクロイックミラー１５Ｂは、それぞれのダイクロイック膜が互いに平行で光を略４５゜の角度で入出射させる構成を有する。他の部分の構成は、上記図４に示す第３の実施例の場合と同じであり、各構成要素には該図４の場合と同じ符号を付す。
【００２７】
図５の構成において、偏光変換素子３２で偏光方向を揃えられ、コンデンサレンズ３３、３４で集光された偏光光は、ダイクロイックミラー１５に入射され、Ｒ光透過用ダイクロイックミラー１５ＲでＲ光が分離され、Ｇ光反射用ダイクロイックミラーでＧ光が分離され、Ｂ光反射用ダイクロイックミラーでＢ光が分離される。該ダイクロイックミラー１５以降の各構成要素の動作は、上記第３の実施例の場合と同じである。
【００２８】
かかる第４の実施例によっても、上記第３の場合と同様の効果が得られる。特に、本第４の実施例では、色分離手段に、ダイクロイック膜が互いに平行で光を略４５゜の角度で入出射させるダイクロイックミラー１５を設けた構成としているため、不要光をカットできるとともに、色分離効率を向上させることができ、コントラストや色純度を向上させることができる。また、ダイクロイック膜を互いに平行に配するため光学系の設計がし易い。
【００２９】
図６は、投写型映像表示装置における光学系の映像表示素子位置のＦ値とコントラストの関係を示す図である。Ｆ値を増大させることで映像表示素子への光の入射角を小さくすることができるため、コントラストが増大する。本図６の特性から明らかなように、Ｆ値を約２．０以上とした場合にはコントラストを２０００以上とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】本発明の第１の実施例としての投写型映像表示装置の構成例図である。
【図３】本発明の第２の実施例としての投写型映像表示装置の構成例図である。
【図４】本発明の第３の実施例としての投写型映像表示装置の構成例図である。
【図５】本発明の第４の実施例としての投写型映像表示装置の構成例図である。
【図６】投写型映像表示装置におけるＦ値とコントラストの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…ランプ、
２…リフレクタ、
３、３２…偏光変換素子、
６、７…コリメータレンズ、
１０…カラープリズム、
１２、２４…映像表示素子、
１３、５０…回転多面反射体、
１５…ダイクロイックミラー、
１８、２５…偏光ビームスプリッタ、
１８ａ、２５ａ…検光膜、
２０…第１の光学系、
２１…第２の光学系、
２２…第１のレンズ群、
２３…第２のレンズ群、
１７ａ…１／４波長位相差板、
１７ｂ、２６…偏光板、
２７…投射レンズユニット、
３０…第１のアレイレンズ、
３１…第２のアレイレンズ、
３３、３４…コンデンサレンズ、
６０…電源回路、
６１…信号処理回路、
６２…駆動回路、
６５…モータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006139099.tif 000006
【図５】
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【図６】
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