(57)【要約】【課題】反射型液晶表示素子を用いた投射型表示装置において、高輝度化と小型化の両立が重要な課題である。【解決手段】２つの光路を有する偏光変換素子の一方の光路は偏光分離素子にて反射されて、映像表示素子へ向けて出射され、他の一方の光路は偏光分離素子を透過し、略１／２波長位相差板を透過し、反射素子にて反射されて後、映像表示素子へ向けて出射されるように構成する。【選択図】  図１
2005031108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する光源ユニットと、
前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、
映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、
前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
照明光学系が略楕円偏光を略直線偏光へ変換する偏光変換素子を有し、
該偏光変換素子は２つの光路を有し、
一方の光路は偏光分離素子にて反射されて、前記映像表示素子へ向けて出射され、
他の一方の光路は偏光分離素子を透過し、略１／２波長位相差板を透過し、反射素子にて反射されて後、前記映像表示素子へ向けて出射されることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項２】
光を放射する光源ユニットと、
前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、
映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、
前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
照明光学系が入射端面と出射端面を有し、その両端面を囲む面で光を反射させることにより、出射端面での照度分布を略均一にする光伝達手段を有し、
前記光伝達手段は屈折率の異なる２つの硝材からなることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項３】
光を放射する光源ユニットと，
前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、
映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、
前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
照明光学系が入射端面と出射端面を有し、その両端面を囲む面で光を反射させることにより、出射端面での照度分布を略均一にする光伝達手段を有し、
前記光伝達手段は、ガラスからなる略直方体部分と、反射ミラーとを組み合わせたミラーパイプ部分からなることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項４】
光を放射する光源ユニットと，
前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、
映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、
前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
照明光学系が略楕円偏光を略直線偏光へ変換する偏光変換素子を有し、
前記偏光変換素子において、
偏光変換素子が、入射端面と出射端面を有し、その両端面を囲む面で光を反射する機能を有することを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項５】
光を放射する光源ユニットと，
前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、
映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、
前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
照明光学系が略楕円偏光を略直線偏光へ変換する偏光変換素子と、
入射端面と出射端面を有し、その両端面を囲む面で光を反射させることにより、出射端面での照度分布を略均一にする光伝達手段を有し、
該光伝達手段は、前記映像表示素子に結像する作用を有する微小レンズ系を面内に多数配置した微小レンズ系群を、有することを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項６】
光を放射する光源ユニットと，
前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、
映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、
前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
２つの出射光路と、該光路間の境界を有し、照明光学系からの略楕円偏光を略直線偏光へ変換する偏光変換素子と、
入射端面と出射端面を有し、その両端面を囲む面で光を反射させることにより、出射端面での照度分布を略均一にする光伝達手段とを有し、
前記偏光変換素子の光路から、光が出射されて、前記光伝達手段に入射するように構成され、前記境界と光伝達手段の略中央の位置がずれていることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項７】
光を放射する光源ユニットと、
前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、
映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、
前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
入射端面と出射端面を有し、その両端面を囲む面で光を反射させることにより、出射端面での照度分布を略均一にする光伝達手段を有し、
前記光源ユニットと前記光伝達手段の間に、負のパワーを持つ光学素子を配置したことを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項８】
光を放射する光源ユニットと、
前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、
映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、
前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
前記照明光学系が、入射端面と出射端面を有し、その両端面間の面で光を反射させることにより、出射端面での照度分布を略均一にする複数個の光伝達手段と、
該複数個の光伝達手段からの光を合成する合成光伝達手段を有することを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項９】
光を放射する光源ユニットと、
前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、
映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、
前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
前記映像表示素子からの光を検光する偏光子と、
入射端面と出射端面を有し、その両端面間の面で光を反射させることにより、出射端面での照度分布を略均一にする光伝達手段とを有し、
該光伝達手段と前記偏光子の側壁の一部が略同一の高さであることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項１０】
光を放射する光源ユニットと、
前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、
映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、
前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
前記照明光学系からの略楕円偏光を略直線偏光へ変換する、略矩形の開口を有する偏光変換素子と、
入射端面と出射端面を有し、その両端面間の面で光を反射させることにより、出射端面での照度分布を略均一にする光伝達手段とを有し、
前記光伝達手段は略矩形の開口を有し、該矩形形状の底辺に対して、偏光変換素子の開口の底辺が、開口面内で傾斜していることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項１１】
前記光伝達手段の略矩形の開口の対角方向と、前記偏光変換素子の略矩形の底辺方向が、略同一方向であることを特徴とする請求項１０記載の投射型映像表示装置。
【請求項１２】
光を放射する光源ユニットと、
前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、
映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、
前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
入射端面と出射端面を有し、その両端面間の面で光を反射させることにより、出射端面での照度分布を略均一にする光伝達手段を有し、
前記光伝達手段は、略中央が凹んだ出射端面を有することを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項１３】
光を放射する光源ユニットと、前記光源ユニットからの光を、入射する光の領域より狭い領域へ回折させて出射する回折光学素子と、前記回折光学素子からの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、色分離及び色合成を行う色分離合成系と、前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置。
【請求項１４】
前記光源ユニットが方物面形状を有するリフレクタを有し、
前記照明光学系が略自然偏光を略直線光に変換する偏光変換素子を有し、
該回折光学素子により光の面積が小さくなる方向と偏光変換素子により、面積を拡大される方向が同じであることを特徴とする請求項１３記載の投射型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型液晶パネルあるいは反射型映像表示素子などのライトバルブ素子を使用して、スクリーン上に映像を投影する投射装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、投射型ディスプレイ装置等の投射型映像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からの投射型映像表示装置の構成として、偏光変換素子とライトパイプを組み合わせて用いた投射型映像表示装置が下記特許文献１に、回折光学素子の色分散性能を利用して単板パネルのカラーフィルタとした投射型映像表示装置の構成が下記特許文献２に、回折光学素子の偏光分離特性を偏光変換素子として用いた投射型映像表示装置の構成が下記特許文献３に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１３１６４７号公報
【特許文献２】
特開平８−２４０７１７号公報
【特許文献３】
特開２０００−２９２７４５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
投射型映像表示装置において、高輝度化と小型化が重要な課題である。一般的にリフレクタが大きいほど、また、パネルが大きいほど、プロジェクタは明るくなるが、セットサイズも大きくなる。すなわち、従来より、高輝度化と小型化の両立と云う課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記課題を解決し、高輝度化と小型化を実現する投射型映像表示装置を提供することに有る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、光を放射する光源ユニットと、前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、照明光学系が略楕円偏光を略直線偏光へ変換する偏光変換素子を有し、該偏光変換素子は２つの光路を有し、一方の光路は偏光分離素子にて反射されて、前記映像表示素子へ向けて出射され、他の一方の光路は偏光分離素子を透過し、略１／２波長位相差板を透過し、反射素子にて反射されて後、前記映像表示素子へ向けて出射されるように構成する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は、本発明における一実施例の構成図であり、ライトバルブとして反射型映像表示素子１３を１枚用いた投射型映像表示装置２２を示している。
【０００９】
投射型映像表示装置２２には光源１ａを有する光源ユニット１があり、光源１ａは、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。光源１ａからの発熱により、光源１ａ及びリフレクタ２は、高温となるため、後方に配置した冷却ファン（図示せず）により、これを冷却している。光源１ａの電球から放射される光は楕円面または放物面または非球面のリフレクタ２にて集光されて反射される。本実施例では楕円リフレクタにより集光され、凹レンズ７に入射する。凹レンズ７には、集光した光が入射するので、凹レンズによって、入射角が小さくなって、入射側ライトパイプへと出射される。これにより、反射型映像表示素子１３及び検光子たる偏光分離素子への入射角の角度分布を狭くできるので、コントラストを向上できる。
【００１０】
入射側ライトパイプ６は、その後端に偏光変換素子３を有している。入射側ライトパイプを経た光は偏光変換素子３に入射する。偏光変換素子３として、偏光分離素子３ａと１／２波長位相差板３ｂと反射ミラー３ｃを組み合わせたものを用いている。偏光分離素子３ａとして、回折効果によりＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する反射型偏光板を用いる。ここでは、Ｓ偏光は反射型偏光板３ａにて反射されて、ライトパイプ５ｉに入射する。Ｐ偏光は反射型偏光板３ａを透過し、１／２波長位相差板３ｂを透過してＳ偏光に変換されて後、反射ミラー３ｃにて反射されて、ライトパイプ５ｈに入射する。本構成により、偏光変換素子の中で９０度、光路を折り曲げる機能を有するために、セットサイズを小型化できる。入射側ライトパイプ６は、４面の反射ミラーを接合して作成したミラーパイプにより構成される。
【００１１】
入射側ライトパイプは、偏光変換素子３を保持する近傍の壁面も反射ミラーで構成されるため、偏光変換素子を保持する機能と同時に、照度を均一化する機能も有している。これにより、照度を均一にする効果を持つ部分の長さが長くなるため、照度をより均一にできる。あるいは、同程度の照度均一性を得るライトパイプに比較して、長さを短くでき、より装置を小型化できる。また、偏光変換素子３がライトパイプの後にあるため、入射する光を平均化でき、膜や回折面で構成される偏光分離面の光によるダメージを軽減することができる。
【００１２】
偏光分離素子と反射ミラーは、ランプからの光軸を基準にすると、入射角が４５度より大きく、傾斜している。ここでは、入射角５５度であり、ライトパイプへの反射角も５５度である。光源ユニット１と反射型映像表示素子１３のなす角は１１０度である。光軸の光を考えると、偏光変換素子から、ライトパイプ５ｈ、５ｉに、入射角０度で入射する。このように傾斜させることにより、偏光分離素子と反射面の開口を実効的に大きくできるので、効率を向上できる。
【００１３】
その後、光は２段のライトパイプ５ｈ、５ｉに入射し、この２つの出射開口の面積と略同等以上の入射開口面積を持つライトパイプ５ｊに入射する。本構成により、壁面での反射回数が多くなるので、より短い距離で、照度を平均化できるため、装置の小型化が可能である。ライトパイプ５ｈ、５ｉ、５ｊはガラスの直方体で作成されたロッドレンズ型のライトパイプである。ライトパイプ５ｈと５ｉはライトパイプ５ｊに貼り付けられている。ライトパイプ５ｈ、５ｉ、５ｊは同一の部材から作成してもよい。
【００１４】
ライトパイプ５ｊは、反射型映像表示素子１３と略同一、あるいは、それより少し大きな出射開口を有している。ライトパイプ５ｊからの出射像をそのまま、投影する。よって、反射型映像表示素子１３へライトパイプ５ｊの出射像を投影するリレーレンズを不要とできるので、低コスト化可能である。
【００１５】
前記表示素子１３上の照明光の照射領域は、ライトパイプ５ｊの出射開口に対して、領域が拡大するため、前記表示素子１３より大きな照射領域となる。この照射領域はライトパイプ等の大きさ、位置等のバラツキにより量産時には、前記表示素子１３の表示領域に対して上下左右にずれたり、小さくなったりする。よって、量産マージンとして、この照射領域は前記表示素子１３より大きくする必要があり、本構成でそれは満たせるので、量産時の歩留まりが良くなり、低コスト化可能である。
【００１６】
その後に複数の微小レンズからなるマイクロレンズ３５を有し、ライトパイプの出射開口を、反射型映像表示素子１３に結像させる。これにより、光の拡散を防ぎ、周辺照度の劣化、及び、明るさの劣化を防止する。マイクロレンズがその性能上、前記表示素子１３まで結像させることができない時は、出射開口と反射型映像表示素子の間に結像させて、少しでも、光の拡散を防止する。
【００１７】
その出射側に入射偏光板１４を配置して、偏光度を向上させてから、電子的色分離手段１１に入射する。
【００１８】
電子的色分離手段１１は、各色用のＲ偏光回転制御素子、Ｇ偏光回転制御素子、Ｂ偏光回転制御素子を有し、偏光回転制御素子は、これに電圧を印加しないと、特定波長域の光の偏光軸が変換され、電圧を印加すると光の偏光軸が変換されずにそのまま出射される。これにより、電子的色分離手段１１はＲ、Ｇ、Ｂと順次、各色の偏光を変換する。ここでは、電子的色分離手段１１にＳ偏光で入射するので、ＧとＢを、次のタイミングにＢとＲ、次のタイミングにＲとＧをＰ偏光に変換して出射する。本構成により、出射側に配置された偏光ビームスプリッター１９により、Ｐ偏光は透過し、Ｓ偏光は反射型映像表示素子側へ反射されるので、反射型映像表示素子側へはＲ、Ｇ、Ｂの順で出射される。この色光の照射のタイミングに合わせて、反射型映像表示素子１３で各色用の映像を表示する。この各色光の切替のタイミングは１８０Ｈｚ以上と速いので、スクリーン（図示せず）上に投射される映像は、人間の目には、３色の映像が合成されたものとして表示される。
【００１９】
入射光が、偏光分離素子にて透過した方向に反射型液晶表示素子１３を配置している。前記表示素子１３は、表示領域が縦長になるように配置しているので、偏光分離素子１９（以下、ＰＢＳと略記する）のサイズを小さくできる。これにより、ライトパイプ５から前記表示素子１３までの距離を短くできるので、前記表示素子１３上での照射領域の拡大を小さくでき、より明るくできる。
【００２０】
前記表示素子１３は、表示する画素に対応する（例えば横１３６５画素縦７６８画素）数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動される信号に従って、表示素子１３の各画素の偏光角度が変わり、偏光方向の一致した光がＰＢＳ１９にて検光される。この途中の角度の偏光を持った光は、ＰＢＳ１９の偏光度との関係で、ＰＢＳ１９にて検光される量が決まる。このようにして、外部より入力する信号に従った映像を表示する。この時、前記表示素子１３が黒表示を行う場合に、偏光方向は入射光と略同等であり、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。前記表示素子１３では、照射される色光に応じた映像が順次、表示される。即ち、Ｒ光の時はＲの映像情報が、Ｂ光の時はＢの映像情報が、Ｇ光の時はＧの映像情報が表示される。
【００２１】
前記表示素子１３の直前に、コントラストを改善するために、１／４波長位相差板２３を回転調整可能な状態で配した。
【００２２】
ＰＢＳ１９を透過した光は、例えばズームレンズであるような投射レンズ１２を通過し、スクリーンに到達する。前記投射レンズ１２により、反射型映像表示素子１３に形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。
【００２３】
ＰＢＳ１９の投射レンズと対向する壁面１９ｃの位置と、ライトパイプの外形の壁面５ｊｃの位置を略同一とし、これにより、ＰＢＳの壁面１９ｃにも、照度を均一化する機能を持たせることができ、できるだけ、光の拡散を防ぎ、明るさを向上させている。壁面１９ｃでは、前記表示素子１３からの反射光の内の映像光となる有効光は、壁面に到達する前に膜面１９ａで反射される。これに対し、非有効光はＰＢＳ１９を透過し、この壁面で光が反射してもそれが投射レンズ側に入り込むことはない。その他の壁面では、サイズをライトパイプ５の出射開口より大きくして、前記表示素子１３からの反射光が膜面にて反射される前に、壁面に到達するのを防いでいる。これにより、反射型映像表示素子１３で反射した光が、ＰＢＳ１９の壁面で反射して後、膜面で反射され、投射レンズ１２側へ漏れこみ、ゴーストになるのを防止する。
【００２４】
図２は、本発明における一実施例の構成図である。
【００２５】
光源ユニット１の出射側に配置される入射側ライトパイプ６により、偏光変換素子３への取り込み量を多くして、明るさを向上している。偏光分離素子３ａで反射する光路と透過する光路を比較すると、余分に１／２波長位相差板３ｂと反射ミラー３ｃを経るために、前者の光路に比べて、後者の光路の方が、出射光量が少ない。反射型映像表示素子上で均等な照度分布を得るには、双方に入射する光が均等な方が望ましい。反射して入射する光量と透過して入射する光量が略等しくなるように楕円リフレクタの焦点を配置する。あるいは、偏光変換素子の中心位置をより後端側にずらし、第２の光路の出射開口より、第１の光路の出射開口を大きくし、照度の均一化を図る。このことにより、短いライトパイプでも、均一な照度分布を有する投射型映像表示装置が得られ、装置の小型化が可能である。
【００２６】
ライトパイプ５の出射側に反射型偏光板４２を４５度傾斜して配置している。ミラーパイプ型のライトパイプ５は、４枚の反射ミラーで、反射面を内側に向けて、長方形状の開口を持つ筒を作成している。ライトパイプの出射面は、反射型偏光板４２と略平行な形状を有していて、反射型偏光板４２の出射側には反射型映像表示素子１３のみが存在する構成である。これにより、ライトパイプ出射面を少しでも、反射型映像表示素子１３に近づけて光の拡散を防ぎ、明るさ劣化を防止できる。また、反射型偏光板４２の表示素子１３側にはライトパイプ５は存在しないため、これによるゴーストの発生も防止することができる。
【００２７】
図３は、本発明における一実施例の構成図である。
【００２８】
ライトパイプ５の出射側の端面は、４５度の角度を有し、そこに偏光分離膜面が形成されている。ここでは、Ｓ偏光は偏光分離素子にて反射され、Ｐ偏光は偏光分離素子を透過し、略１／２波長位相差板を透過し、反射素子にて反射されて後、入射偏光板１４に入射する。偏光変換素子の外形面を研磨し、内部の光が全反射条件を満たして壁面に入射する時、略全反射するようにしてあり、照度を均一化する機能を有している。本構成により、偏光変換素子にても、照度を均一化する機能を果たせるので、ライトパイプ５の長さを短くでき、装置の小型化ができる。また、偏光変換素子の中で９０度、光路を折り曲げる機能を有するために、装置の小型化ができる。
【００２９】
また、ライトパイプ５と偏光変換素子３は光学的に一体である。これにより、空気との界面でのロスを低減でき、透過率を向上でき、明るくできる。
【００３０】
図４は、本発明における一実施例の構成図である。
【００３１】
光源ユニット１、ライトパイプ５、透過型映像表示素子１３ｔ、投射レンズ１２と直線状に並んでいる。入射側ライトパイプ６の後に、両面対向型の偏光変換素子を配置している。その後に、ライトパイプ５を配置し、さらに、入射側偏光板１４、前記表示素子１３ｔ、出射側偏光板１４’、投射レンズ１２と直線状に並んでいる。この構成により、光路が折り曲げを有する構成と比較して、筒状の幅と厚さを抑えた細長い筒状の外形のものにすることができる。前記表示素子１３ｔは、内部にＲＧＢのカラーフィルタを有した３色画素構成である。
【００３２】
また、足を持つ外枠ケース５１に対し、光学系を内蔵する筒型ケース５２は、矢印方向に回転可能な構成である。外装ケースの爪５１ａに対し、筒型ケースの爪５２をはめ合い構成として、位置精度を確保している。これにより、投射型映像表示装置を固定した状態で、照射位置の傾きを回転調整可能であるため、ユーザーにとって使いやすい。結像性能を向上させるために、微小レンズを光軸方向に２列並べてもよい。
【００３３】
ここでは、電子的色分離手段１１に上下方向に色帯をスクロールさせている。その電子的色分離手段の色帯の像をマイクロレンズ３５で透過型映像表示素子１３ｔに結像している。マイクロレンズは、１個以上の微小レンズ系で、小さい面積の結像を行い、その微小レンズ系を光軸と略垂直をなす面に多数配置することにより、より大きな面の結像を行うことができる。収差を良くするために、ここでは、光軸方向に２列配置している。
【００３４】
従来用いられてきた単レンズを複数用いた結像レンズ群による結像に比べ、距離を短くでき、装置の小型化ができる。前記表示素子１３ｔは上部から下部へ１ライン毎に映像信号を表示する方式にて、駆動しており、電子的色分離手段１１の色帯のスクロールに同期させて、その色に対応する映像信号の表示を行っている。これにより、１面が表示し終って色光を照射する方式に比べ、表示時間によるロスを最小にでき、より、装置を明るくできる。
【００３５】
図５は、本発明における一実施例の構成図である。
【００３６】
ライトパイプ５の後端が４５度の角度を有して傾斜しており、そこに偏光分離膜を蒸着して、検光子として、使用する。これにより、空気との界面でのロスを低減でき、透過率を向上でき、明るくできる。反射型映像表示素子１３は、内部にＲＧＢのカラーフィルタを有した３色画素構成である。
【００３７】
図６は、本発明における一実施例の構成図である。
【００３８】
投射型映像表示装置には光源１ａを有する光源ユニット１があり、光源１ａは、超高圧水銀ランプ等の白色ランプである。光源１ａの電球から放射される光は放物面のリフレクタ２にて集光されて反射される。リフレクタの後にＵＶ光をカットするＵＶフィルタ（図示せず）を配置する。
【００３９】
その後に、ホログラム等で構成される回折光学素子４４を配置する。前記素子４４により、光は入射面積より、より狭い面積に出射される。前記素子４４は原理的に角度分散を有するので、前記素子４４による出射面積を小さくするために、リフレクタ形状は、出射光の角度が狭い方物面の方が良い。
【００４０】
同じ光路長で同じ反射型映像表示素子１３に照射される条件では、エタンデューの法則により、入射領域の面積が広いと、入射角が大きくなる。入射角が大きい分、コントラストが低くなる。よって、本実施例を用いて出射面積を狭くするほど、反射型映像表示素子１３への入射角度を狭くすることができ、高コントラスト化可能である。
【００４１】
また、本構成では、前記素子４４により光の面積が小さくなる方向と偏光変換素子３により、面積が拡大される方向が共に反射型液晶表示素子１３の横方向である構成とすることにより、偏光変換素子３から出射する光の領域を、より正方形に近くでき、後段のコリメータレンズとコンデンサレンズにより構成される照明レンズ系の長さを短くできるので、セットサイズを小さくできる。
【００４２】
この光は偏光変換素子３へ入射する。このプリズム面には偏光分離膜３ａが施されており、入射光は、この偏光分離膜３ａにてＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。Ｐ偏光光は、そのまま偏光分離膜３ａを透過して、このプリズムの出射面に設けられたλ／２位相差板３ｂにより、偏光方向が９０°回転され、反射面で反射してから、出射される。一方、Ｓ偏光光は、偏光分離膜３ａにより反射され、出射される。即ち、偏光変換素子３からはＳ偏光の光が出射される。
【００４３】
本構成により、偏光変換素子の中で９０度、光路を折り曲げる機能を有するために、セットサイズを小型化できる。
【００４４】
複数の集光レンズにより構成され、ランプユニットから出射した光を集光して、複数の２次光源像を形成するための第一のアレイレンズ３２に入射し、さらに複数の集光レンズにより構成され、前述の複数の２次光源像が形成される近傍に配置され、かつ液晶表示素子１３に第一のアレイレンズ３２の個々のレンズ像を結像させる第二のアレイレンズ３３を通過する。
【００４５】
コリメータレンズ３４は、正の屈折力を有し、光を集光させる作用を持ち、コンデンサレンズ９を通過して、反射型液晶表示素子１３を照射する。
【００４６】
図７は、本発明における一実施例の構成図である。
【００４７】
投射型映像表示装置には光源１ａを有する。光源１ａの電球から放射される光は楕円面のリフレクタ２にて集光されて反射される。リフレクタの後にＵＶ光をカットするＵＶフィルタ（図示せず）を配置する。その後に、ＲＧＢの３原色に分離するダイクロイックプリズム３６を配置する。Ｇ光はダイクロイックプリズムを透過して、ライトパイプ５ｇにて照度を略均一にされて出射され、Ｇ用透過型液晶表示素子１３ｔｇに入射する。Ｒ光は、ダイクロイックプリズムのＲ反射面３６ｒで反射されて、ライトパイプ５ｒにて、照度を略均一にされて出射され、Ｒ用透過型液晶表示素子１３ｔｒに入射する。Ｂ光は、ダイクロイックプリズムのＢ反射面３６ｂで反射されて、ライトパイプ５ｂにて、照度を略均一にされて出射され、Ｂ用透過型液晶表示素子１３ｔｂに入射する。３色の液晶表示素子を透過した光はダイクロイックプリズム３６’にて色合成されて後、投射レンズ１２にて、スクリーンへ拡大投影される。アレイレンズや照明系レンズを不要とできるので、低コスト化できる。また、コリメータレンズ等も用いないので、その分、小型化できる。
【００４８】
ここで、ライトパイプの出射開口は透過型映像表示素子の表示領域と略等しいか、量産時の部品の寸法ばらつきを考慮して、少し大きくしてある。
図１から図５及び図７に示した投射型映像表示装置に用いることができる、偏光変換素子３とライトパイプ５の他の実施例を図８に示す。ここでは、ライトパイプ５まで記載してある。以降の構成は各図に同じであり、省略する。本構成には、偏光変換素子の軸とライトパイプの軸がずれている。これにより、ライトパイプ５の対角方向が最も長いため、対角方向に、偏光変換素子３の偏光分離方向を持って来ることにより、偏光分離素子及び入射側ライトパイプのサイズを大きくでき、これにより、光源ユニット１からの、これらへの入射時のケラレを少なくできるので、効率を上げてより明るくできる。例えば、映像表示素子１３のアスペクト比が４：３である時、その対角長は、比率で５となる。よって、偏光分離素子及び入射側ライトパイプ６の幅を横幅に合わせた時に比べて１．２５倍でき、これにより、明るさを向上できる。ここでは、ほぼ、対角に合わせて、偏光分離素子を配置するので、偏光分離素子３は、ライトパイプ５に対して約３７度傾いている。偏光分離素子から出射してくる偏光も約３７度傾斜しているので、１／２波長板を、遅相軸１８．５度にずらして、ライトパイプ５入射側に貼り付ける
ここでは、偏光変換素子から出てくるＰ偏光とＳ偏光は４５度と−４５度の直線偏光として入射して来る。よって、出射側にそれぞれ、１／２波長位相差板を２２．５度と−２２．５度の遅相軸に設定して貼り付けることにより、ライトパイプから見て同一の直線偏光へと回転させる。
【００４９】
図１から図５及び図７に示した投射型映像表示装置に用いることができる、ライトパイプ５の他の実施例を図９、図１０、図１１に示す。ここでは、ライトパイプ５まで記載してある。以降の構成は各図に同じであり、省略する。
【００５０】
図９（ａ）に示すライトパイプ５は、互いに屈折率の異なる台形ロッドレンズ５ｂと三角プリズム５ａからなる。屈折率は台形ロッドレンズ５ｂの方が、三角プリズム５ａより大きい硝材を用いている。台形ロッドレンズは出射側に向けて、末広がりの構成を有している。三角プリズムは、逆に、出射側に向けて狭まる構成となっている。三角プリズム５ａは台形ロッドレンズ５ｂの上下を挟む形で、接着剤で接合されている。三角プリズム５ａのランプ側の入射面５ａａを除いた他の空気との界面には、反射膜がコーティングしてある。全反射条件を満たす光線は、硝材５ｂの中で内面反射を繰り返すため、５ａと５ｂを同一の硝材で作成した時に比べ、角度成分を小さくできる。一方、５ａａから入射した光も、最終的に台形ロッドレンズ５ｂ内に取り込むことができるので、効率向上が可能である。
【００５１】
図９（ｂ）に示すライトパイプ５は台形ロッドレンズ５ｂとそれを囲むミラーパイプ５ｃからなる。これにより、全反射条件を満たす光線は、台形ロッドレンズ５ｂの中で内面反射を繰り返すため、台形ロッドレンズ５ｂとミラーパイプ５ｃを単一の硝材で作成した時に比べ、角度成分を小さくできる。一方、台形ロッドレンズ５ｂとミラーパイプ５ｃの間の開口に入射した光も、最終的に台形ロッドレンズ５ｂ内に取り込むことができるので、効率向上が可能である。
【００５２】
図１０（ａ）は、台形ロッドレンズ５ｂの形状は、略平行であり、三角プリズム５ａの入射側の開口が広く、徐々に狭まっている。屈折率は台形ロッドレンズ５ｂの方が、三角プリズム５ａより大きい硝材を用いている。三角プリズム５ａのランプ側の入射面５ａａを除いた他の空気との界面には、反射膜がコーティングしてある。効果は、図９（ａ）と同様である。
【００５３】
図１０（ｂ）は、台形ロッドレンズ５ｂの形状は、略平行な硝材であり、ミラーパイプ５ｃと台形ロッドレンズ５ｂで囲む入射側の開口が広く、徐々に狭まっている。効果は、図９（ｂ）と同様である。
【００５４】
図１１（ａ）は、台形ロッドレンズ５ｂの四面をミラーパイプ５ｃで囲む構成となっている。図１１（ｂ）に、これに用いる台形ロッドレンズ５ｂを示す。途中までは、縦方向と横方向のどちらにも、側面は末広がりする形状で広がり、途中から、光軸と略平行になる。この略平行部５ｂａにミラーパイプ５ｃを接合することにより、作成を容易にする。本構成では、縦方向と横方向のどちらにも、図１０で説明する効果が得られるので、より大きな効果が得られる。
【００５５】
図１２（ａ）（ｂ）に図９（ｂ）に示すライトパイプ内での光線３０の動きを、側面から見たものを示す。図１２（ａ）に示すように、台形ロッドレンズ５ｂとミラーパイプ５ｃの間の開口から入射した光線３０は、台形ロッドレンズ５ｂの側面から入射し、また、側面から出射すると、ミラーパイプの反射面で反射して、台形ロッドレンズ５ｂに再入射する。上記過程を繰り返す内に台形ロッドレンズ５ｂが末広がりの形状を有するため、光線の、台形ロッドレンズ５ｂ壁面への入射角は徐々に大きくなり、やがて、全反射条件に到達し、台形ロッドレンズ５ｂ内で全反射するようになり、最後には、台形ロッドレンズ５ｂの出射面から出射する。これにより、台形ロッドレンズ５ｂのみで、ライトパイプを作成した時に比べ、取り込む光を多くでき、明るくできる。また、台形ロッドレンズ内では、末広がりの構成のため、光軸基準の角度成分を、徐々に小さくすることができる。図１２（ｂ）に示すようにロッドレンズ５ｂの前面から入射した光線３０は、ロッドレンズ５ｂ内の側面を略全反射して、光軸基準の角度成分を、徐々に小さくして、最後に出射面から出射する。前記表示素子１３は、角度成分が小さいほど、高コントラスト化可能であるので、これにより、装置の高コントラスト化が可能である。
【００５６】
図１から図５及び図７に示した投射型映像表示装置に用いることができる、ライトパイプ５の他の実施例を図１１に示す。ここでは、ライトパイプ５のみ記載してある。他の構成は各図に同じであり、省略する。
【００５７】
また、ライトパイプ出射後の光は、略楕円形の照度分布になろうとするので、反射型映像表示装置上での照度分布は中央部分が膨らむ。よって、あらかじめ、図１３（ａ）（ｂ）に示すような、中央が凹んだ出射開口５ｚを有するライトパイプ５を用いることにより、照度分布の膨張による光の損失を抑えることができるので、明るさを向上できる。
【００５８】
上記全ての実施例の光源ユニットとして、赤、橙、緑、シアン、青等のＬＥＤを用いてもよい。これにより、単色の高純度化と小型化ができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により小型化と高輝度化を両立させた投射型映像表示装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１番目の一実施形態を示す投射型液晶表示装置の構成図である。
【図２】本発明の第２番目の一実施形態を示す投射型液晶表示装置の構成図である。
【図３】本発明の第３番目の一実施形態を示す投射型液晶表示装置の構成図である。
【図４】本発明の第４番目の一実施形態を示す投射型液晶表示装置の構成図である。
【図５】本発明の第５番目の一実施形態を示す投射型液晶表示装置の構成図である。
【図６】本発明の第６番目の一実施形態を示す投射型液晶表示装置の構成図である。
【図７】本発明の第６番目の一実施形態を示す投射型液晶表示装置の構成図である。
【図８】本発明に用いる偏光変換素子とライトパイプの一実施形態の構成図である。
【図９】本発明に用いるライトパイプとそれに用いる台形ロッドレンズの一実施形態の構成図である。
【図１０】本発明に用いるライトパイプとそれに用いる台形ロッドレンズの他の一実施形態の構成図である。
【図１１】本発明に用いるライトパイプとそれに用いる台形ロッドレンズの別の一実施形態の構成図である。
【図１２】本発明に用いるライトパイプ内の光線の動きを示した図である。
【図１３】本発明に用いるライトパイプの一実施形態の構成図である。
【符号の説明】
１…光源ユニット、１ａ…光源，２…リフレクタ、３…偏光変換素子、３ａ…偏光分離素子、３ｂ…１／２波長位相差板、３ｃ…反射ミラー、５、５ｈ、５ｉ、５ｊ…ライトパイプ、５ｊｃ…側面、５ａ…三角プリズム、５ａａ…入射面、５ｂ…台形ロッドレンズ、５ｂａ…略平行部、５ｃ…ミラーパイプ、５ｚ…出射開口、６…入射側ライトパイプ、７…凹レンズ、９…コンデンサレンズ、１０…カラーホイール、１１…電子的色分離手段、１２…投射レンズ、１２’…着脱機構、１３…反射型映像表示素子、１４…入射偏光板、１４´…出射偏光板、１５…入射側ライトパイプ、１９…偏光分離素子、１９ａ…偏光分離膜、２１…電源、２２…投射型映像表示装置、２３…１／４波長位相差板、２５…視野角補償位相差板、２６…位相差板、３０…光線、３２…第１のアレイレンズ、  ３３…第２のアレイレンズ、３４…コリメータレンズ、３５…マイクロレンズ、３６…ダイクロイックプリズム、３７…シャーシ、４２…反射型偏光板、４３…結像レンズ群、４４…回折光学素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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