(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記駆動機構は、前記偏光変換素子を、前記第2のレンズアレイにおける複数のレンズセルの前記一の方向のピッチの半分の距離だけ変位させることを特徴とする請求項1記載の投射型表示装置。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の投射型表示装置の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。
図1において、光源LSは、両口金タイプの放電灯1と、放電灯1から射出される光を光軸方向(Z方向)に反射するリフレクタ2を有する。放電灯1としては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の白色光を射出するものが用いられる。リフレクタ2は、光軸を軸とした回転放物面の反射面を有し、放電灯1から射出された光を反射面で反射して光軸に平行な照明光として射出する。リフレクタ2は光軸を軸とした回転楕円面の反射面を有してもよい。その場合には、リフレクタ2の光の射出側に照明光をほぼ平行光とするレンズ系を設ける。
【0012】
光源LSから射出した光は、紫外線や赤外線をカットするコールドフィルタ3を透過して第1のレンズアレイ4に入射される。第1のレンズアレイ4は、
図2(A),(B)に示すように、後述する反射型の液晶表示素子17b,17g,17rの表示領域と相似である矩形形状のレンズセル4aを水平方向(X方向)及び垂直方向(Y方向)に複数配列したものである。
図2(A)は第1のレンズアレイ4をZ方向に見た正面図、
図2(B)は上端面から見た側面図である。レンズセル4aの垂直方向のピッチはHである。
【0013】
第1のレンズアレイ4は、リフレクタ2が光束を射出する開口を空間的に分割するように構成されている。第1のレンズアレイ4より射出した照明光は第2のレンズアレイ5に入射される。第1及び第2のレンズアレイ4,5はフライアイレンズ、フライアイインテグレータとも称される。
【0014】
第2のレンズアレイ5は第1のレンズアレイ4と同様の構成であり、
図2(A),(B)に示すように、液晶表示素子17b,17g,17rの表示領域と相似である矩形形状のレンズセル5aをX方向及びY方向に複数配列したものである。レンズセル5aの垂直方向のピッチはHである。第1のレンズアレイ4は、第1のレンズアレイ4における複数のレンズセル4aそれぞれに対応した第2のレンズアレイ5のレンズセル5aに照明光を入射させ、第2のレンズアレイ5上に第1のレンズアレイ4のレンズセル4aと同数の2次光源像を形成する。なお、
図2では、簡略化のため、レンズセル4a,5aのX方向の並びを4列としているが、実際にはさらに多くの列を有する。Y方向の行の数も同様である。
【0015】
第2のレンズアレイ5から射出された照明光は、偏光変換素子6に入射される。
図3(A),(B)を用いて偏光変換素子6の構成及び作用について説明する。
図3(A)は偏光変換素子6をZ方向に見た正面図、
図3(B)は上端面から見た側面図である。
図3(B)に示すように、偏光変換素子6は、PBSプリズム61と1/2波長板62とを有する。PBSプリズム61は、偏光分離面61aが形成された複数の短冊状のプリズムを接合して平板状に形成したものである。短冊状のプリズムの境界は反射面61bとなっている。
【0016】
本実施形態では、偏光変換素子6に入射される不定偏光の内、P偏光は各偏光分離面61aを透過して直進し、S偏光は各偏光分離面61aで反射して不定偏光の入射方向に対して進行方向が90°曲げられる。不定偏光の入射方向に対して進行方向を90°曲げた方向が偏光分離方向である。S偏光は反射面61bで反射してさらに進行方向が90°曲げられる。
図3(B)に示すように、PBSプリズム61のP偏光の射出面には、1/2波長板62が接着されている。従って、PBSプリズム61を射出したP偏光はS偏光に変換されて射出される。
【0017】
即ち、本実施形態における偏光変換素子6は、P偏光及びS偏光をランダムに含む不定偏光をS偏光に揃えて射出するものである。不定偏光をP偏光に揃えるようにしてもよい。不定偏光をP偏光に揃える場合には、1/2波長板62を、反射面61bで反射したS偏光が通過する部分に設ける。
図3(A)において、クロスハッチングを付した部分は、第2のレンズアレイ5から射出された照明光が偏光変換素子6に照射されたときの光強度が強い輝度集中部6LCである。
【0018】
第2のレンズアレイ5の各レンズセル5aと偏光変換素子6との具体的な位置関係は、
図4(A),(B)に示すようになっている。
図4(A),(B)に示すように、偏光変換素子6は、各レンズセル5aの中心が1/2波長板62のX方向の中心に位置するように位置決めされて配置されている。レンズセル5aのX方向の幅は、偏光変換素子6における短冊状のプリズム2列の幅に対応する。
図4(A),(B)に示すように、第1及び第2のレンズアレイ4,5と偏光変換素子6とは実際には大きさが異なり、中心位置がずれている。これらの光学部品を筐体内に組み込む際に、外形寸法が同一となっていた方が都合がよい。そこで、
図1に示すように、第1及び第2のレンズアレイ4,5と偏光変換素子6と見かけ上の外形寸法を同一としている。
【0019】
図1において、偏光変換素子6から射出されたS偏光は、重ね合わせレンズ7に入射される。重ね合わせレンズ7は、第1のレンズアレイ4の各レンズセル4aの像の中心を液晶表示素子17b,17g,17rの中心に一致させ、各レンズセル4aの像を液晶表示素子17b,17g,17rの表示面上で重なり合った状態で結像させるように作用する。
【0020】
重ね合わせレンズ7から射出されたS偏光は、B/RG分離クロスダイクロイックミラー10で青色光と赤色・緑色光とに分離される。青色光はBミラー11で光路が曲げられ、青色用フィールドレンズ14b,青色用ワイヤグリッドPBS15b,青色用波長板16bを通過し、青色用液晶表示素子17bに入射する。青色用液晶表示素子17bで変調され、反射したP偏光は青色用ワイヤグリッドPBS15bで反射して、クロスダイクロイックプリズム18へと向かう。
【0021】
B/RG分離クロスダイクロイックミラー10で分離された赤色・緑色光はRGミラー12で光路が曲げられる。RGダイクロイックミラー13で赤色光と緑色光とに分離される。赤色光は、赤色用フィールドレンズ14r,赤色用ワイヤグリッドPBS15r,赤色用波長板16rを通過し、赤色用液晶表示素子17r入射する。赤色用液晶表示素子17rで変調され、反射したP偏光は赤色用ワイヤグリッドPBS15rで反射して、クロスダイクロイックプリズム18へと向かう。緑色光は、緑色用フィールドレンズ14g,緑色用ワイヤグリッドPBS15g,緑色用波長板16gを通過し、緑色用液晶表示素子17g入射する。緑色用液晶表示素子17gで変調され、反射したP偏光は緑色用ワイヤグリッドPBS15gで反射して、クロスダイクロイックプリズム18へと向かう。
【0022】
クロスダイクロイックプリズム18は、入射された赤色光,青色光,緑色光を合成する。合成光は投射レンズ19でスクリーン上に投射される。赤色用,青色用,緑色用の液晶表示素子17b,17g,17rは、入射された赤色光,青色光,緑色光それぞれを映像信号の赤色成分,青色成分,緑色成分に応じて変調するので、スクリーン上には映像信号に応じた投射画像が表示されることになる。
【0023】
図5を用いて、液晶表示素子17b,17g,17rの概略構成について説明する。
図5(A)は液晶表示素子17b,17g,17rの平面図、
図5(B)は液晶表示素子17b,17g,17rの断面図である。
図5(B)に示すように、液晶表示素子17b,17g,17rは、表面に透明電極を形成した透明基板171と、画素毎の反射電極をマトリクス状に配置したアクティブマトリクス基板175とが、透明電極と反射電極とが向き合うように対向している。透明基板171側が光の入射側である。
【0024】
透明基板171とアクティブマトリクス基板175との間には、例えばネマティック液晶が所定のプレチルト角を付与した状態で封入された液晶層173が形成されている。透明基板171とアクティブマトリクス基板175における液晶層173側の各表面には配向膜172,174が形成されている。
【0025】
このように形成された液晶表示素子17b,17g,17rにおいて、入射される偏光の方向は、
図5(A)に示すように、液晶表示素子17b,17g,17rの平面上の水平方向または垂直方向である。
【0026】
図6は、光源部LSから射出した照明光の光束が第1のレンズアレイ4によって複数のレンズセル4aによって分割され、分割された光束が第2のレンズアレイ5,偏光変換素子6,重ね合わせレンズ7を通って液晶表示素子17b,17g,17r上に重ね合わされて結像される状態を概念的に示している。第1のレンズアレイ4のレンズセル4aに入射した光は、各レンズセル4aの屈折力によって第2のレンズアレイ5のレンズセル5a上に集光し、レンズセル4aと同数の2次光源像を形成する。偏光変換素子6より射出した光は重ね合わせレンズ7の作用によって液晶表示素子17b,17g,17r上に重ね合わされて結像する。一点鎖線で示す偏光変換素子6の面と直交する方向(Z方向)に進む光は、液晶表示素子17b,17g,17rの中心に集光する。破線で示す偏光変換素子6の面と直交する方向に対して傾斜した方向に進む光は、液晶表示素子17b,17g,17rの端部に集光する。なお、反射面61bで反射した光も傾斜した方向に進む光を含むが、ここでは簡略化のため1/2波長板62を傾斜した方向で通過する光の一部のみを図示している。
【0027】
図1に戻り、偏光変換素子6は駆動機構20によってY方向、即ち、短冊状のプリズムの長手方向に変位されるようになっている。
図7を用いて、駆動機構20の具体的構成例について説明する。
図7に示すように、偏光変換素子6はハウジング201内に収納されている。ハウジング201の内面の上端部には、弾性部材としての一例である板ばね202が取り付けられている。ハウジング201の内面の左右方向(X方向)の一方の側にも、板ばね203が取り付けられている。偏光変換素子6の上端部は板ばね202と接触しており、板ばね202によって下方への力が加えられている。偏光変換素子6の下端部は、偏心カム204と接触している。偏心カム204は図示していないモータ等によって駆動されてR方向に回転する。
【0028】
偏光変換素子6は板ばね202と偏心カム204とによって挟まれており、偏心カム204が回転することによって、偏光変換素子6は上下方向(Y方向)の位置が変位することになる。
図7に示す状態が、偏光変換素子6が最も上方に位置している状態である。板ばね203は、偏光変換素子6を
図7の右方向に押圧している。これによって偏光変換素子6はX方向の位置が固定されている。
図4で説明したように、第2のレンズアレイ5と偏光変換素子6とはX方向に正確に位置決めされる必要がある。板ばね203によって偏光変換素子6をハウジング201の内面に押し付けることによって、偏光変換素子6はX方向の所定の位置に位置決めされる。なお、偏光変換素子6はY方向に変位するが、X方向の位置に影響を与えない。
【0029】
図8(A),(B)を用いて、偏光変換素子6のY方向の変位についてさらに説明する。
図8(A)は、偏光変換素子6が最も下方に位置している状態の第2のレンズアレイ5と偏光変換素子6との位置関係を示している。この状態で、第2のレンズアレイ5のY方向の中央位置と、偏光変換素子6のY方向の中央位置とはほぼ同じ位置にある。
図8(B)は、偏光変換素子6が最も上方に位置している状態の第2のレンズアレイ5と偏光変換素子6との位置関係を示している。
図8(B)の偏光変換素子6の位置は
図7に示す位置である。偏光変換素子6は偏心カム204によって上方に押し上げられている。
【0030】
偏光変換素子6の位置を変位させる機構として偏心カム204を使用した機構を実施形態として示したが、これに限定されるものではない。偏光変換素子6の位置を変位させる他の機構として例えば、リードスクリューを使用してリードスクリューの回転量に応じて偏光変換素子6の位置が変位するような機構としてもよい。また、次のような機構としてもよい。光源LSの使用時間に伴って、光源LSは徐々に劣化して発光量が減少する。これに伴って偏光変換素子6を通過する光量が減少し、偏光変換素子6周辺の温度が下がる。そこで、温度によって弾性や形状が変化する形状記憶合金やバイメタルで偏光変換素子6を押す板ばねを構成する。板ばねの温度に応じて偏光変換素子6の位置が変位するような機構とする。
【0031】
図8(A)の偏光変換素子6を最も下方に位置させた状態と
図8(B)の偏光変換素子6を最も上方に位置させた状態とで、偏光変換素子6を、垂直方向(Y方向)に、第2のレンズアレイ5におけるレンズセル5aの垂直方向のピッチHの1/2だけ変位させることが好ましい。偏光変換素子6の変位方向は、偏光変換素子6における光が照射される面に沿った方向で、
図4(B)で説明した偏光分離方向と直交する一の方向である。偏光変換素子6が
図8(B)の位置になると、偏光変換素子6の面に照射される光はH/2だけ下方へと変位する。
【0032】
偏光変換素子6が
図8(A),(B)に示すように変位すると、輝度集中部6LCは
図9に示すような状態となる。偏光変換素子6をH/2だけ変位させることによって、
図8(A)における輝度集中部6LCのY方向の位置と
図8(B)における輝度集中部6LCのY方向の位置とがずれることになる。
図8(B)の輝度集中部6LCはY方向でほぼ
図8(A)の輝度集中部6LCの間に位置することになる。従って、輝度集中部6LCが常時同じ位置にならず分散されるので、偏光変換素子6の劣化を抑えることが可能となる。
【0033】
以上の説明では、偏光変換素子6をY方向に
図8(A)に示す位置と
図8(B)に示す位置とで選択的に変位させるように説明したが、偏心カム204を所定の時間をかけて常時回転させることにより、偏光変換素子6のY方向の位置を
図8(A)に示す位置と
図8(B)に示す位置との間で連続的に変化させるようにしてもよい。偏光変換素子6のY方向の位置を連続的に変化させると、輝度集中部6LCはY方向につながったような状態となる。
【0034】
また、本実施形態では偏光変換素子6の位置の変位量をH/2としたが、これに限定されるものではない。偏光変換素子6に対して光が常時照射される箇所がなるべく少なくなるように偏光変換素子6を変位させればよい。勿論、光が常時照射される箇所がなくなるように偏光変換素子6を変位させることが望ましい。
【0035】
本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。本実施形態では、表示素子として反射型の液晶表示素子17b,17g,17rを用いた構成を例にしたが、透過型の液晶表示素子を用いた構成としてもよい。光源LSとしては、ランプに限定されず、発光ダイオード(LED),レーザ,励起光源等、任意である。