JP2000347291A

JP2000347291A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JP2000347291A
Application number: JP11159250A
Authority: JP
Inventors: Koichi Akiyama; 光一秋山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2000-12-15
Anticipated expiration: 2019-06-07
Also published as: JP3641979B2

Abstract

(57)【要約】【課題】投写型表示装置を小型化することができる技
術を提供する。【解決手段】投写型表示装置は、照明光を射出する照
明光学系１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂと、照明光を画
像情報に応じて変調して変調光線束を生成する電気光学
装置３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、電気光学装置で
得られる変調光線束を投写する投写光学系３４０とを備
えている。照明光学系を、半導体レーザを含む光源装置
１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂと、光源装置から射出さ
れた光を略平行な光線束とするための平行化レンズと、
平行化レンズを通過した光線束の光の強度分布を平坦化
するための平坦化フィルタとを備えた構成とすることに
より、小型の投写型表示装置を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザを用
いた投写型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】投写型表示装置では、照明光学系から射
出された照明光を、液晶パネルなどを用いて画像情報
（画像信号）に応じて変調し、変調された光をスクリー
ン上に投写することにより画像表示を実現している。照
明光学系としては、一般に、高圧放電灯を用いた光源装
置と、いわゆるインテグレータ光学系とが利用されてい
る。インテグレータ光学系は、レンズアレイと重畳レン
ズとを含んでおり、光源装置から射出された光線束をレ
ンズアレイを用いて分割し、分割された光線束を重畳レ
ンズを用いて重畳することによって光の強度分布を均一
化するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、投写
型表示装置の小型化が要求されている。しかし、従来の
投写型表示装置では、インテグレータ光学系を含む照明
光学系が、投写型表示装置において大きな容積を占めて
いたので、小型化が困難であるという問題があった。

【０００４】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、投写型表示装置
を小型化することができる技術を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第
１の装置は、投写型表示装置であって、照明光を射出す
る照明光学系と、前記照明光を画像情報に応じて変調し
て変調光線束を生成する電気光学装置と、前記変調光線
束を投写する投写光学系と、を備え、前記照明光学系
は、半導体レーザを含む光源装置と、前記光源装置から
射出された光を略平行な光線束とするための平行化レン
ズと、前記平行化レンズを通過した前記光線束の光の強
度分布を平坦化するための平坦化フィルタと、を備える
ことを特徴とする。

【０００６】第１の装置では、光源装置として半導体レ
ーザを利用している。また、本装置では、光源装置から
射出された光の強度分布を平坦化するための手段として
平坦化フィルタを用いている。これにより、照明光学系
をかなり小型化することができ、この結果、投写型表示
装置を小型化することが可能となる。

【０００７】また、本装置では、光源装置として半導体
レーザを用いているため、高圧放電灯などを利用する場
合と比べ、かなり消費電力を小さくすることができると
いう利点もある。

【０００８】ところで、光源装置として高圧放電灯を用
いる場合には、その比較的大きな発熱による温度上昇を
抑えるために、通常、冷却用のファンが使用されてい
る。しかし、光源装置として半導体レーザを用いる場合
には、発熱が比較的小さいため、冷却ファンを省略する
ことができる。これによっても、投写型表示装置の消費
電力を小さくすることができる。また、冷却ファンを省
略することにより、冷却ファンの動作音を除去すること
ができるので、投写型表示装置の動作に伴う騒音を低減
することができるという利点もある。

【０００９】本発明の第２の装置は、カラー画像を投写
表示するための投写型表示装置であって、赤，緑，青の
それぞれの色を有する照明光を射出する３つの照明光学
系と、前記３つの照明光学系のそれぞれから射出される
前記照明光を画像情報に応じて変調して変調光線束を生
成する３つの電気光学装置と、前記３つの電気光学装置
のそれぞれで得られる赤，緑，青の３つの色を有する前
記変調光線束を合成する色合成部と、前記色合成部から
射出される合成光を投写する投写光学系と、を備え、前
記３つの照明光学系のそれぞれは、赤，緑，青のいずれ
かの色を有する光を射出する半導体レーザを含む光源装
置と、前記光源装置から射出された光を略平行な光線束
とするための平行化レンズと、前記平行化レンズを通過
した前記光線束の光の強度分布を平坦化するための平坦
化フィルタと、を備えることを特徴とする。

【００１０】第２の装置では、赤，緑，青の３つの色を
有する照明光を射出する３つの照明光学系が備えられて
いるため、カラー画像を投写表示することが可能であ
る。また、第２の装置は、第１の装置と同様の効果を有
しており、投写型表示装置を小型化することができると
ともに、投写型表示装置の消費電力を小さくし、投写型
表示装置の動作に伴う騒音を低減することができる。

【００１１】上記の装置において、前記３つの照明光学
系のそれぞれに用いられる前記平坦化フィルタは、ＮＤ
フィルタであることが好ましい。

【００１２】こうすれば、３つの照明光学系の平坦化フ
ィルタとして、同じフィルタを利用することができる。

【００１３】本発明の第３の装置は、投写型表示装置で
あって、照明光を射出する照明光学系と、前記照明光を
画像情報に応じて変調して変調光線束を生成する電気光
学装置と、前記変調光線束を投写する投写光学系と、を
備え、前記照明光学系は、半導体レーザを含む光源装置
と、前記光源装置から射出された光を略平行な光線束と
するための平行化レンズと、前記平行化レンズを通過し
た前記光線束の光の強度分布を平坦化するための略円錐
形の透明体と、を備えることを特徴とする。

【００１４】第３の装置では、光源装置として半導体レ
ーザを利用している。また、本装置では、光源装置から
射出された光の強度分布を平坦化するための手段として
略円錐形の透明体を用いている。これにより、照明光学
系をかなり小型化することができ、この結果、投写型表
示装置を小型化することが可能となる。また、第１の装
置と同様に、投写型表示装置の消費電力を小さくし、投
写型表示装置の動作に伴う騒音を低減することができ
る。

【００１５】本発明の第４の装置は、カラー画像を投写
表示するための投写型表示装置であって、赤，緑，青の
それぞれの色を有する照明光を射出する３つの照明光学
系と、前記３つの照明光学系のそれぞれから射出される
前記照明光を画像情報に応じて変調して変調光線束を生
成する３つの電気光学装置と、前記３つの電気光学装置
のそれぞれで得られる赤，緑，青の３つの色を有する前
記変調光線束を合成する色合成部と、前記色合成部から
射出される合成光を投写する投写光学系と、を備え、前
記３つの照明光学系のそれぞれは、赤，緑，青のいずれ
かの色を有する光を射出する半導体レーザを含む光源装
置と、前記光源装置から射出された光を略平行な光線束
とするための平行化レンズと、前記平行化レンズを通過
した前記光線束の光の強度分布を平坦化するための略円
錐形の透明体と、を備えることを特徴とする。

【００１６】第４の装置では、赤，緑，青の３つの色を
有する照明光を射出する３つの照明光学系が備えられて
いるため、カラー画像を投写表示することが可能であ
る。また、第３の装置と同様の効果を有しており、投写
型表示装置を小型化することができるとともに、投写型
表示装置の消費電力を小さくし、投写型表示装置の動作
に伴う騒音を低減することができる。

【００１７】上記の第３および第４の装置において、前
記略円錐形の透明体は、その頂点付近において略球面状
の形状を有していることが好ましい。

【００１８】略円錐状の透明体を用いる場合には、その
頂点の加工が困難なことから、頂点付近に入射する光の
強度分布を平坦化することが困難な場合がある。上記の
ようにすれば、透明体の頂点付近に入射する光をうまく
拡散させることができるので、より平坦な光の強度分布
を有する照明光を得ることが可能となる。

【００１９】上記の第１ないし第４の装置において、前
記電気光学装置は、前記照明光が入射する光入射面と、
前記光入射面内において前記照明光の変調を実行するた
めの変調領域と、を含んでおり、前記照明光学系は、さ
らに、前記光入射面上において、前記照明光によって照
射される光照射領域が、前記変調領域を包含し、かつ、
前記変調領域にほぼ外接するような形状を有するように
前記照明光の光線束を調整する光線束調整部を備えるよ
うにしてもよい。

【００２０】あるいは、上記の第１ないし第４の装置に
おいて、前記電気光学装置は、前記照明光が入射する光
入射面と、前記光入射面内において前記照明光の変調を
実行するための変調領域と、を含んでおり、前記照明光
学系は、さらに、前記光入射面上において、前記照明光
によって照射される光照射領域が、前記変調領域より所
定の幅だけ大きな形状を有するように前記照明光の光線
束を調整する光線束調整部を備えるようにしてもよい。

【００２１】このような光線束調整部を備えれば、光源
装置から射出された光を電気光学装置において有効に利
用することが可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】Ａ．投写型表示装置の第１実施
例：図１は、本発明を適用した投写型表示装置の第１実
施例を示す説明図である。この投写型表示装置は、３つ
の照明光学系１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂと、３枚の
液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、ク
ロスダイクロイックプリズム３２０と、投写レンズ３４
０とを備えている。

【００２３】各照明光学系１００Ｒ，１００Ｇ，１００
Ｂは、それぞれＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色光
を射出する光源装置１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂを備
えている。各照明光学系１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ
から射出された各色光は、液晶ライトバルブ３００Ｒ，
３００Ｇ，３００Ｂにおいて画像情報に応じて変調され
る。液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに
おいて変調された各色光は、クロスダイクロイックプリ
ズム３２０で合成され、合成された光は投写レンズ３４
０によってスクリーンＳＣ上に投写される。これによ
り、スクリーンＳＣ上に画像が表示されることとなる。

【００２４】図２は、図１の照明光学系１００Ｇを液晶
ライトバルブ３００Ｇとともに示す説明図である。な
お、図１の３つの照明光学系１００Ｒ，１００Ｇ，１０
０Ｂは、光源装置１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂが異な
るのみで他の構成は同じなので、他の照明光学系１００
Ｒ，１００Ｂについての説明は省略する。

【００２５】図２（Ａ）は、照明光学系１００Ｇを図１
と同じく、＋Ｙ方向から見たときの平面図である。図２
（Ｂ）は、照明光学系１００Ｇを図１の−Ｘ方向から見
たときの平面図である。図２（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に、照明光学系１００Ｇは、光源装置１２０Ｇと、平行
化レンズ１４０と、２つのシリンドリカルレンズ１６０
ａ，１６０ｂと、平坦化フィルタ１８０とを備えてい
る。なお、本実施例において、各構成要素は、軸１００
Ｇａｘを中心に配置されている。

【００２６】光源装置１２０Ｇは、その内部に、緑色の
色光を射出する半導体レーザを備えている。半導体レー
ザは、周知のようにかなり小さいため、半導体レーザか
ら射出される光は、点光源から射出された光と考えるこ
とができる。また、本実施例の光源装置１２０Ｇの内部
には、半導体レーザの光射出面側に図示しない光アイソ
レータが設けられている。これにより、平行化レンズ１
４０などからの戻り光が半導体レーザに入射することを
防止し、半導体レーザの安定した発振を実現することが
できる。また、半導体レーザの光射出面でない他方の面
には、レーザ光をモニタするためのフォトダイオードが
備えられており、これを用いて半導体レーザの光出力が
一定となるように制御することができる。

【００２７】平行化レンズ１４０は、光源装置１２０Ｇ
から所定の角度で放射状に射出された光を平行光とする
ための機能を有している。本実施例の平行化レンズ１４
０としては、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、両凸レ
ンズが用いられているが、これに代えて平凸レンズなど
を用いるようにしてもよい。なお、平行化レンズとして
は、非球面レンズを用いることが好ましい。光源装置１
２０Ｇから射出された光は、上記のように、点光源から
射出された光と考えることができるため、平行化レンズ
１４０から射出された光線束Ｌ０は、ほぼ平行な光とな
っている。

【００２８】ところで、図２（Ａ），（Ｂ）から分かる
ように、光源装置１２０Ｇから射出された光線束は、軸
１００Ｇａｘと垂直な面において、略楕円形状の断面を
有している。これは、半導体レーザの共振器（活性層）
の形状に依存するためである。本実施例においては、図
２（Ａ），（Ｂ）から分かるように、略楕円形状の断面
の長軸がＸ方向となっており、短軸がＹ方向となってい
る。このため、平行化レンズ１４０から射出される略平
行な光線束Ｌ０の断面も略楕円形状となっている。

【００２９】第１および第２のシリンドリカルレンズ１
６０ａ，１６０ｂは、ビームエクスパンダとしての機
能、すなわち、光線束Ｌ０の断面を所定の大きさに広げ
る機能を有している。第１のシリンドリカルレンズ１６
０ａに入射した略平行な光線束Ｌ０は、略平行な光線束
Ｌ１として第２のシリンドリカルレンズ１６０ｂから射
出される。第２のシリンドリカルレンズ１６０から射出
された光線束Ｌ１の形状は、照明光学系１００Ｇが照明
すべき領域、すなわち、液晶ライトバルブ３００Ｇの略
矩形の有効表示領域ＥＡの全体を照明できるように調整
されている。光線束Ｌ１の断面形状については、さらに
後述する。

【００３０】平坦化フィルタ１８０（図２）は、入射す
る光線束Ｌ１の光の強度分布を平坦化する機能を有して
いる。図３は、平坦化フィルタ１８０の機能を示す説明
図である。図３（Ａ）は、平坦化フィルタ１８０に入射
する光線束Ｌ１の光の強度Ｐの分布を示している。図３
（Ａ）から分かるように、半導体レーザを用いた光源装
置１２０Ｇから射出される光は、通常、軸１００Ｇａｘ
を中心とする略ガウス分布状の光の強度分布を有してい
る。このような光の強度分布は、スクリーンＳＣ上に投
写表示される画像に、明暗のムラを生じさせる原因とな
る。このため、本実施例では、平坦化フィルタ１８０を
用いて光の強度分布を平坦化している。

【００３１】図３（Ｂ）は、平坦化フィルタ１８０の透
過率Ｔの分布を示している。図示するように、平坦化フ
ィルタ１８０は、軸１００Ｇａｘ付近での透過率Ｔが最
も小さく、軸１００Ｇａｘから離れるに従って透過率が
大きくなる略逆ガウス状の透過率分布を有している。ま
た、軸１００Ｇａｘからの距離がフィルタの有効寸法Ｌ
ｘ，Ｌｙ（図２（Ａ），（Ｂ））より大きな領域では、
透過率が０％となっている。なお、図３に示されている
Ｄｘ，Ｄｙは、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、液晶
ライトバルブ３００Ｇにおける略矩形の有効表示領域Ｅ
ＡのＸ方向，Ｙ方向の半分の長さである。フィルタの有
効寸法Ｌｘ，Ｌｙは、有効表示領域ＥＡの寸法Ｄｘ，Ｄ
ｙよりも大きな値に設定されている。

【００３２】図３（Ｃ）は、平坦化フィルタ１８０から
射出される光線束Ｌ２の光の強度Ｐの分布を示してい
る。図示するように、平坦化フィルタ１８０から射出さ
れた光線束Ｌ２は、軸１００Ｇａｘからの距離がフィル
タの有効寸法Ｌｘ，Ｌｙまでの領域（有効フィルタ領
域）でほぼ一定の光の強度Ｐ１となっており、他の領域
では光の強度は０となっている。

【００３３】図３（Ｃ）に示すような強度分布を有する
光を得るために、図３（Ｂ）に示す平坦化フィルタ１８
０の透過率分布は、図３（Ａ）に示す平坦化フィルタ１
８０に入射する光の強度分布に基づいて決定されてい
る。すなわち、軸１００Ｇａｘからの距離がフィルタの
有効寸法Ｌｘ，Ｌｙより小さな範囲において、平坦化フ
ィルタ１８０の透過率Ｔは、平坦化フィルタ１８０に入
射する光の強度分布と逆の分布にほぼ等しく設定されて
いる。図３（Ａ）に示す光の強度Ｐが比較的大きな領域
では、図３（Ｂ）に示すように透過率Ｔが比較的小さく
なっており、光の強度Ｐが比較的小さな領域では、透過
率Ｔが比較的大きくなっている。このような平坦化フィ
ルタ１８０を用いることにより、図３（Ｃ）に示すよう
な光の強度分布がほぼ均一となった光線束Ｌ２（図２）
を得ることができる。

【００３４】なお、本実施例の平坦化フィルタ１８０
は、ガラスなどの基板上に反射膜あるいは吸収膜が形成
されたものである。具体的には、反射膜の反射率や、吸
収膜の厚みを調整することによって図３（Ｂ）に示すよ
うな透過率分布を有するフィルタを得ることができる。

【００３５】また、本実施例では、平坦化フィルタ１８
０として、ＮＤ（neutral density）フィルタが用いら
れている。ここで、ＮＤフィルタとは、光の色（波長）
に依存しない減光フィルタである。このように、平坦化
フィルタ１８０としてＮＤフィルタを用いれば、３つの
照明光学系１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ（図１）に同
じフィルタを用いることができるという利点がある。す
なわち、ＮＤフィルタは、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の光に対し
て同じ透過率を示すので、１種類の平坦化フィルタを用
いるだけでＲ，Ｇ，Ｂの各色の光に対して図３（Ｂ）に
示すような同じ透過率分布を得ることができる。

【００３６】以上のような構成によって、照明光学系１
００Ｇ（図２）は、緑色の照明光（光線束Ｌ２）を射出
し、液晶ライトバルブ３００Ｇを照明する。

【００３７】図４は、照明光学系１００Ｇから射出され
た光線束Ｌ２の断面形状と液晶ライトバルブ３００Ｇと
の関係を示す説明図である。図示するように、液晶ライ
トバルブ３００Ｇは、２Ｄｘ×２Ｄｙの大きさを有する
矩形の有効表示領域ＥＡを含んでいる。ここで、有効表
示領域ＥＡは、入射した光を変調するための変調領域で
あり、この変調領域を通過した変調光線束をスクリーン
上に投写することによって画像が表示されることとな
る。略楕円形状の第１の領域ＬＡ１は、図２に示す第２
のシリンドリカルレンズ１６０ｂから射出された光線束
Ｌ１の断面を示している。略楕円形状の第２の領域ＬＡ
２は、平坦化フィルタ１８０から射出された光線束Ｌ２
の断面を示しており、領域ＬＡ２は、その長軸がＬｘ、
短軸がＬｙの大きさを有している。すなわち、略楕円形
状の領域ＬＡ２は、図２の照明光学１００Ｇから射出さ
れた光線束Ｌ２が液晶ライトバルブ３００Ｇの光入射面
において照射する光照射領域である。なお、光照射領域
ＬＡ２を形成する光線束Ｌ２は、平坦化フィルタ１８０
を通過しているので、光照射領域ＬＡ２内では、図３
（Ｃ）に示すように光の強度分布はほぼ均一となってい
る。

【００３８】図４に示すように、光照射領域ＬＡ２は、
液晶ライトバルブ３００Ｇの有効表示領域ＥＡを包含
し、かつ、有効表示領域ＥＡにほぼ外接するような形状
となっている。有効表示領域ＥＡのアスペクト比（Ｘ方
向の長さ２・ＤｘとＹ方向の長さ２・Ｄｙ）が４：３で
ある場合には、光照射領域Ｌ２の長軸および短軸の比も
ほぼ４：３となるように調整される。このように、ほぼ
均一な強度分布を有する光照射領域ＬＡ２が液晶ライト
バルブ３００Ｇの有効表示領域ＥＡよりもあまり大きく
ならないように形成される場合には、光源装置１２０Ｇ
から射出された光を液晶ライトバルブ３００Ｇにおいて
有効に利用することができる。図２の２つのシリンドリ
カルレンズ１６０ａ，１６０ｂは、照明光学系１００Ｇ
から射出される照明光（光線束Ｌ２）によって形成され
る光照射領域ＬＡ２が、有効表示領域ＥＡに対して上記
のような関係を有するように、光線束Ｌ１の形状を調整
している。この説明からも分かるように、２つのシリン
ドリカルレンズ１６０ａ，１６０ｂ（図２）が、本発明
における光線束調整部に相当する。

【００３９】ところで、図３（Ｂ）において、フィルタ
の有効寸法Ｌｘ，Ｌｙの外側の領域における透過率は必
ずしも０％にする必要はない。ただし、図３（Ｂ）のよ
うにすれば、光照射領域ＬＡ２の外縁を明確に知ること
ができるので、照明光学系１００Ｇと液晶ライトバルブ
３００Ｇとの位置合わせを容易に行うことができるとい
う利点がある。

【００４０】また、本実施例の平坦化フィルタ１８０
は、略楕円形の有効フィルタ領域を有しているが、略矩
形の有効フィルタ領域を有するようにしてもよい。図５
は、平坦化フィルタが略矩形の有効フィルタ領域を有す
る場合に形成される光照射領域ＬＡ２’と液晶ライトバ
ルブ３００Ｇとの関係を示す説明図である。なお、光照
射領域ＬＡ２’内の光の強度分布は、ほぼ均一となって
いる。図５に示すように、平坦化フィルタが略矩形の有
効フィルタ領域を有する場合には、光照射領域ＬＡ２’
が、有効表示領域ＥＡより所定の幅Ｗだけ大きな形状を
有するように、照明光の光線束が光線束調整部によって
調整される。

【００４１】なお、本実施例において設けられている２
つのシリンドリカルレンズ１６０ａ，１６０ｂは、省略
してもよい。このようにしても、焦点距離の比較的大き
な平行化レンズを利用すれば、液晶ライトバルブ３００
Ｇの光入射面において、有効表示領域ＥＡを照射するの
に十分な大きさの光照射領域を形成することが可能であ
る。

【００４２】液晶ライトバルブ３００Ｇ（図２）は、与
えられた画像情報（画像信号）に従って、入射した照明
光を変調して画像光（画像を表す光）を形成する機能を
有している。本実施例の液晶ライトバルブ３００Ｇは、
本発明における電気光学装置に相当する液晶パネルと、
その光入射面側および光射出面側に配置された偏光板と
によって構成されている。液晶パネルの光入射面側に配
置されている偏光板は、照明光の偏光度を高めるための
ものである。なお、半導体レーザから射出された光は、
通常、直線偏光光となっているので、液晶パネルの光入
射面側に配置された偏光板は省略してもよい。

【００４３】図１のクロスダイクロイックプリズム３２
０は、３枚の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３
００Ｂを通って変調された３色の変調光線束を合成して
カラー画像を形成する色光合成部としての機能を有す
る。クロスダイクロイックプリズム３２０には、赤色光
反射ダイクロイック面３２１と、青色光反射ダイクロイ
ック面３２２とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字
状に形成されている。赤色光反射ダイクロイック面３２
１には、赤色光を反射する誘電体多層膜が形成されてい
る。青色光反射ダイクロイック面３２２には、青色光を
反射する誘電体多層膜が形成されている。これらの赤色
光反射ダイクロイック面３２１と青色光反射ダイクロイ
ック面３２２によって３つの色光が合成されて、カラー
画像を表す合成光が生成される。

【００４４】クロスダイクロイックプリズム３２０で生
成された合成光は、投写レンズ３４０の方向に射出され
る。投写レンズ３４０は、クロスダイクロイックプリズ
ム３２０から射出された合成光を投写して、スクリーン
ＳＣ上にカラー画像を表示する。なお、投写レンズ３４
０としてはテレセントリックレンズを用いることができ
る。

【００４５】ところで、光源装置１２０Ｒ，１２０Ｇ，
１２０Ｂに半導体レーザを用いる場合には、光源装置か
らスクリーンＳＣまでに配置された光学部品によって、
レーザ光が干渉し、スクリーンＳＣ上にスペックルパタ
ーンが表示されてしまう可能性がある。スペックルパタ
ーンは、レーザ光がレンズなどの光学部品の粗面を照射
することによって生じる斑点状のパターンである。この
スペックルパターンの発生を防止するため、本実施例で
は、光源装置１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂを図１に示
すように振動させることとしている。こうすれば、スク
リーンＳＣ上のスペックルパターンを目立たなくするこ
とができる。

【００４６】以上、説明したように、第１実施例の投写
型表示装置においては、その照明光学系として、半導体
レーザを含む光源装置を用いており、光源装置から射出
される光の強度分布を平坦化するための平坦化フィルタ
を備えている。このような構成により、照明光学系を小
型化することができ、この結果、投写型表示装置を小型
化することが可能となる。

【００４７】また、本実施例のように、光源装置とし
て、半導体レーザを利用する場合には、高圧放電灯を利
用する場合に比べ、光源装置の発熱を小さくすることが
できる。このため、高圧放電灯を利用する場合に必要で
あった冷却用のファンを省略することができる。また、
冷却用のファンの省略により、投写型表示装置の動作を
静かにすることが可能となる。

【００４８】さらに、光源装置として、半導体レーザを
利用する場合には、高圧放電灯を利用する場合に比べ、
消費電力を小さくできるとともに、十分な明るさの画像
を得られるという利点もある。

【００４９】Ｂ．投写型表示装置の第２実施例：図６
は、本発明を適用した投写型表示装置の第２実施例を示
す説明図である。この投写型表示装置では、図１の投写
型表示装置の照明光学系１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ
に代えて、照明光学系２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂが
用いられており、他の部分については図１の投写型表示
装置と同様である。したがって、本実施例においては、
照明光学系２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂ以外の詳細な
説明は省略する。なお、図６では、図１に示す装置と同
じ部分には同じ符号が付されている。

【００５０】図７は、図６の照明光学系２００Ｇを液晶
ライトバルブ３００Ｇとともに示す説明図である。図７
（Ａ）は、照明光学系２００Ｇを図６の＋Ｙ方向から見
たときの平面図である。図７（Ｂ）は、照明光学系２０
０Ｇを図６の−Ｘ方向から見たときの平面図である。

【００５１】図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、照明光
学系２００Ｇは、光源装置２２０Ｇと、平行化レンズ２
４０と、２つのシリンドリカルレンズ２６０ａ，２６０
ｂと、略円錐形の透明体２８０とを備えている。本実施
例の照明光学系２００Ｇでは、図２（Ａ），（Ｂ）に示
す照明光学系１００Ｇの平坦化フィルタ１８０に代え
て、略円錐形の透明体２８０が用いられている。照明光
学系２００Ｇの光源装置２２０Ｇと、平行化レンズ２４
０と、２つのシリンドリカルレンズ２６０ａ，２６０ｂ
とは、図２（Ａ），（Ｂ）に示す光源装置１２０Ｇと、
平行化レンズ１４０と、２つのシリンドリカルレンズ１
６０ａ，１６０ｂとほぼ同様の機能を有しているので、
詳細な説明は省略する。ただし、図２（Ａ），（Ｂ）の
照明光学系１００Ｇでは、２つのシリンドリカルレンズ
１６０ａ，１６０ｂによって光線束Ｌ１の断面形状が略
楕円形状に調整されているが、図７（Ａ），（Ｂ）の照
明光学系２００Ｇでは、２つのシリンドリカルレンズ２
６０ａ，２６０ｂによって光線束Ｌ１’の断面形状が略
楕円形ではなく略円形となるように調整されている。こ
れは、略円錐形の透明体２８０の外形に適した光を入射
させるためである。

【００５２】なお、図７（Ａ），（Ｂ）では、説明の便
宜上、第２のシリンドリカルレンズ２６０ｂから射出さ
れた光線の軌跡を、軸２００Ｇａｘで区分して描いてい
る。すなわち、軸２００Ｇａｘより上方の光線の軌跡は
実線で示されており、軸２００Ｇａｘより下方の光線の
軌跡は破線で示されている。軸２００Ｇａｘより上方の
実線の光線は、透明体２８０を通過することによって、
軸２００Ｇａｘの下方側に向かう。一方、軸２００Ｇａ
ｘより下方の破線の光線は、透明体２８０を通過するこ
とによって、軸２００Ｇａｘの上方側に向かう。

【００５３】図８は、透明体２８０を通過する前後の光
線束の光の強度分布を示す説明図である。図８（Ａ）
は、透明体２８０を通過する前の光線束Ｌ１’の光の強
度Ｐの分布を示しており、図３（Ａ）と同様に、略ガウ
ス分布状の強度分布を有している。図８（Ａ）の右側に
示す実線の曲線は、図７（Ａ），（Ｂ）に示す実線の光
線の強度分布を示しており、図８（Ｂ）の左側に示す破
線の曲線は、図７（Ａ），（Ｂ）に示す破線の光線の強
度分布を示している。

【００５４】図８（Ｂ）は、透明体２８０を通過した
後、液晶ライトバルブ３００Ｇに入射する直前の光線束
Ｌ２’の強度Ｐの分布を示している。図８（Ａ），
（Ｂ）から分かるように、図８（Ａ）の右側にあった実
線の曲線は、図８（Ｂ）では左方向（−Ｘ方向）にシフ
トしており、図８（Ａ）の左側にあった破線の曲線は、
図８（Ｂ）では右方向（＋Ｘ方向）にシフトしている。
図８（Ｃ）は、図８（Ｂ）の光の強度分布を重ね合わせ
た光の強度Ｐの分布を示している。図８（Ａ），（Ｃ）
から分かるように、透明体２８０を通過した後、液晶ラ
イトバルブ３００Ｇに入射する光の強度分布は、かなり
均一化されている。

【００５５】本実施例においても、照明光学系２００Ｇ
から射出されたほぼ均一な光の強度分布を有する照明光
（光線束Ｌ２’）は、液晶ライトバルブ３００Ｇの光入
射面に光照射領域を形成する。ただし、本実施例の光照
射領域は、略円形となっている。この場合にも、光照射
領域は、図７の２つのシリンドリカルレンズ２６０ａ，
２６０ｂによって、有効表示領域ＥＡを包含し、かつ、
有効表示領域ＥＡにほぼ外接するように調整されてい
る。

【００５６】なお、図２（Ａ），（Ｂ）では、液晶ライ
トバルブ３００Ｇに入射する光は、略平行な光となって
いるが、本実施例では、図７（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に、液晶ライトバルブ３００Ｇに入射する光は、軸２０
０Ｇａｘに対して所定の傾きを有している。このため、
本実施例においては、液晶ライトバルブ３００Ｇの液晶
パネルの光入射面側に、各液晶セルに対応したレンズ群
であるマイクロレンズアレイ（図示せず）が設けられて
いることが好ましい。このように、マイクロレンズアレ
イを設けることにより、所定の傾きで液晶ライトバルブ
３００Ｇに入射した光を、液晶パネルの各液晶セルに確
実に入射させることができる。

【００５７】上記では、照明光学系２００Ｇと液晶ライ
トバルブ３００Ｇとの関係について説明したが、他の照
明光学系２００Ｒ，２００Ｂと液晶ライトバルブ３００
Ｒ，３００Ｂとの関係についても同じである。

【００５８】ところで、略円錐状の透明体１８０は、一
般に、その頂点の加工が困難である。このため、頂点付
近に入射する光の強度分布を平坦化することが困難な場
合がある。例えば、透明体の頂点付近が軸２００Ｇａｘ
とほぼ垂直な平面となるように加工されている場合に
は、半導体レーザ２００Ｇから射出されて軸２００Ｇａ
ｘ上を進む光は、略円錐状の透明体２８０の頂点付近を
通り、そのまま液晶ライトバルブ３００Ｇに到達するこ
ととなる。図８（Ａ）に示すように、半導体レーザ２２
０Ｇから射出された光のうち、軸２００Ｇａｘ上を通る
光は、最も強度が大きい。このような光が、そのまま液
晶ライトバルブ３００Ｇに到達すると、スクリーン上に
表示される画像の中心近傍のみがかなり明るくなってし
まう。このような明暗のムラを低減するために、本実施
例の透明体２８０では、その頂点近傍の形状を工夫して
いる。

【００５９】図９は、図７（Ａ），（Ｂ）に示す透明体
２８０の先端部分を拡大して示す説明図である。この略
円錐形の透明体２８０では、その頂点近傍が略球面状に
加工されている。このように、透明体２８０の頂点近傍
を略球面状とすることによって、軸２００Ｇａｘ近傍を
通る強度の大きな光の一部を反射あるいは屈折させて、
うまく拡散させることができる。この結果、軸２００Ｇ
ａｘ近傍を通って透明体２８０から射出される光の強度
を小さくすることができるので、スクリーン上に表示さ
れる画像の明暗のムラを低減することが可能となる。な
お、透明体の先端部分は、前述のスペックルパターンが
発生しないように、換言すれば、粗面とならないように
できるだけ滑らかに加工することが望ましい。

【００６０】以上、説明したように、第２実施例の投写
型表示装置においては、その照明光学系として、半導体
レーザを含む光源装置を用いており、光源装置から射出
される光の強度分布を平坦化するための略円錐形の透明
体を備えている。このような構成により、照明光学系を
小型化することができ、この結果、投写型表示装置を小
型化することが可能となる。また、第１実施例の投写型
表示装置と同様に、投写型表示装置の消費電力を小さく
し、その動作を静かにすることが可能である。

【００６１】なお、本発明は上記の実施例や実施形態に
限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々の態様において実施することが可能であり、例
えば次のような変形も可能である。

【００６２】（１）上記の第１、第２実施例（図２，図
７）では、光線束調整部である２つのシリンドリカルレ
ンズ１６０ａ，１６０ｂ（２６０ａ，２６０ｂ）は、平
行化レンズ１４０（２４０）の光射出面側に設けられて
いるが、光線束調整部は、平行化レンズの光入射面側に
設けるようにしてもよい。ただし、平行化レンズの光入
射面側に光線束調整部を設ける場合には、放射状に広が
る光線束の断面形状を調整することになるため、収差
（非点収差）が発生しやすい。そこで、上記の第１、第
２実施例では、平行化レンズの光射出面側に２つのシリ
ンドリカルレンズで構成された光線束調整部を設け、平
行化レンズから射出された略平行な光線束Ｌ０の断面形
状を調整することとしている。

【００６３】（２）第１実施例（図１）では、透過型の
投写型表示装置に本発明を適用した場合を例に説明して
いるが、本発明は反射型の投写型表示装置にも適用する
ことが可能である。ここで、「透過型」とは、透過型液
晶パネル等のように光変調手段としての電気光学装置が
光を透過するタイプであることを意味しており、「反射
型」とは、反射型液晶パネルのように光変調手段として
の電気光学装置が光を反射するタイプであることを意味
している。反射型の投写型表示装置にこの発明を適用し
た場合にも、透過型の投写型表示装置とほぼ同様の効果
を得ることができる。

【００６４】（３）また、第１実施例（図１）では、電
気光学装置として液晶パネルを用いた例を示している
が、これに限られない。電気光学装置としては、一般
に、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよ
く、マイクロミラー型光変調装置などを利用してもよ
い。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、Ｄ
ＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（米国テキサ
スインスツルメンツ社の商標）を用いることができる。

【００６５】（４）第１および第２実施例（図１，図
６）においては、カラー画像を表示する投写型表示装置
を例に説明しているが、モノクロ画像を表示する投写型
表示装置に本発明の照明光学系を適用することも可能で
ある。この場合にも、上記投写型表示装置と同様の効果
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した投写型表示装置の第１実施例
を示す説明図である。

【図２】図１の照明光学系１００Ｇを液晶ライトバルブ
３００Ｇとともに示す説明図である。

【図３】平坦化フィルタ１８０の機能を示す説明図であ
る。

【図４】照明光学系１００Ｇから射出された光線束Ｌ２
の断面形状と液晶ライトバルブ３００Ｇとの関係を示す
説明図である。

【図５】平坦化フィルタが略矩形の有効フィルタ領域を
有する場合に形成される光照射領域ＬＡ２’と液晶ライ
トバルブ３００Ｇとの関係を示す説明図である。

【図６】本発明を適用した投写型表示装置の第２実施例
を示す説明図である。

【図７】図６の照明光学系２００Ｇを液晶ライトバルブ
３００Ｇとともに示す説明図である。

【図８】透明体２８０を通過する前後の光線束の光の強
度分布を示す説明図である。

【図９】図７（Ａ），（Ｂ）に示す透明体２８０の先端
部分を拡大して示す説明図である。

【符号の説明】

１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ…照明光学系１００Ｇａｘ…軸１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂ…光源装置１４０…平行化レンズ１６０ａ，１６０ｂ…シリンドリカルレンズ１８０…平坦化フィルタ２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂ…照明光学系２００Ｇａｘ…軸２２０Ｇ…光源装置２４０…平行化レンズ２６０ａ，２６０ｂ…シリンドリカルレンズ２８０…透明体３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…液晶ライトバルブ３２０…クロスダイクロイックプリズム３２１…赤色光反射ダイクロイック面３２２…青色光反射ダイクロイック面３４０…投写レンズＳＣ…スクリーン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投写型表示装置であって、照明光を射出する照明光学系と、前記照明光を画像情報に応じて変調して変調光線束を生
成する電気光学装置と、前記変調光線束を投写する投写光学系と、を備え、前記照明光学系は、半導体レーザを含む光源装置と、前記光源装置から射出された光を略平行な光線束とする
ための平行化レンズと、前記平行化レンズを通過した前記光線束の光の強度分布
を平坦化するための平坦化フィルタと、を備えることを
特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】カラー画像を投写表示するための投写型
表示装置であって、赤，緑，青のそれぞれの色を有する照明光を射出する３
つの照明光学系と、前記３つの照明光学系のそれぞれから射出される前記照
明光を画像情報に応じて変調して変調光線束を生成する
３つの電気光学装置と、前記３つの電気光学装置のそれぞれで得られる赤，緑，
青の３つの色を有する前記変調光線束を合成する色合成
部と、前記色合成部から射出される合成光を投写する投写光学
系と、を備え、前記３つの照明光学系のそれぞれは、赤，緑，青のいずれかの色を有する光を射出する半導体
レーザを含む光源装置と、前記光源装置から射出された光を略平行な光線束とする
ための平行化レンズと、前記平行化レンズを通過した前記光線束の光の強度分布
を平坦化するための平坦化フィルタと、を備えることを
特徴とする投写型表示装置。
【請求項３】請求項２記載の投写型表示装置であっ
て、前記３つの照明光学系のそれぞれに用いられる前記平坦
化フィルタは、ＮＤフィルタである、投写型表示装置。
【請求項４】投写型表示装置であって、照明光を射出する照明光学系と、前記照明光を画像情報に応じて変調して変調光線束を生
成する電気光学装置と、前記変調光線束を投写する投写光学系と、を備え、前記照明光学系は、半導体レーザを含む光源装置と、前記光源装置から射出された光を略平行な光線束とする
ための平行化レンズと、前記平行化レンズを通過した前記光線束の光の強度分布
を平坦化するための略円錐形の透明体と、を備えること
を特徴とする投写型表示装置。
【請求項５】カラー画像を投写表示するための投写型
表示装置であって、赤，緑，青のそれぞれの色を有する照明光を射出する３
つの照明光学系と、前記３つの照明光学系のそれぞれから射出される前記照
明光を画像情報に応じて変調して変調光線束を生成する
３つの電気光学装置と、前記３つの電気光学装置のそれぞれで得られる赤，緑，
青の３つの色を有する前記変調光線束を合成する色合成
部と、前記色合成部から射出される合成光を投写する投写光学
系と、を備え、前記３つの照明光学系のそれぞれは、赤，緑，青のいずれかの色を有する光を射出する半導体
レーザを含む光源装置と、前記光源装置から射出された光を略平行な光線束とする
ための平行化レンズと、前記平行化レンズを通過した前記光線束の光の強度分布
を平坦化するための略円錐形の透明体と、を備えること
を特徴とする投写型表示装置。
【請求項６】請求項４または５記載の投写型表示装置
であって、前記略円錐形の透明体は、その頂点付近において略球面
状の形状を有している、投写型表示装置。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれかに記載の投
写型表示装置であって、前記電気光学装置は、前記照明光が入射する光入射面
と、前記光入射面内において前記照明光の変調を実行す
るための変調領域と、を含んでおり、前記照明光学系は、さらに、前記光入射面上において、前記照明光によって照射され
る光照射領域が、前記変調領域を包含し、かつ、前記変
調領域にほぼ外接するような形状を有するように前記照
明光の光線束を調整する光線束調整部を備える、投写型
表示装置。
【請求項８】請求項１ないし６のいずれかに記載の投
写型表示装置であって、前記電気光学装置は、前記照明光が入射する光入射面
と、前記光入射面内において前記照明光の変調を実行す
るための変調領域と、を含んでおり、前記照明光学系は、さらに、前記光入射面上において、前記照明光によって照射され
る光照射領域が、前記変調領域より所定の幅だけ大きな
形状を有するように前記照明光の光線束を調整する光線
束調整部を備える、投写型表示装置。