JP2000504440A - 画像投射モジュール及びこのモジュールが設けられている画像投射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、放射源を含む照明光学系（３）と、照明光学系（３）から発生した照明ビームを画像情報により変調する少なくとも１個の表示パネル（１５）を有する画像表示光学系（１３）とを具える画像投射モジュール（１）に関するものである。照明光学系（３）は出射面に位置する出射表面を有する積分光学系（１９）を具える。第１の反射手段（３３，３４）が積分光学系（１９）の出射面に存在し、モジュール（１）はさらに第２の選択性反射手段（３９）を具える。前記出射面を第２の反射手段を介して第１の反射手段に少なくとも部分的に結像する光学系（３１）を第１の反射手段と第２の反射手段との間に配置する。本発明は、このようなモジュール（１）が設けられている画像投射装置にも関するものである。

Description

【発明の詳細な説明】 画像投射モジュール及びこのモジュールが設けられている画像投射装置 本発明は、放射源を含む照明光学系と、照明光学系から発生した照明ビームを 画像情報により変調する少なくとも１個の表示パネルを有する画像表示光学系と を具え、前記照明光学系が、出射面に位置する出射表面を有する積分光学系を具 える画像投射モジュールに関するものである。 本発明は、このような画像投射モジュールが設けられている画像投射装置にも 関するものである。 冒頭部で述べた型式の画像投射モジュールは、米国特許第５０９８１８４号か ら既知である。この米国特許明細書に記載された画像投射モジュールは、照明ビ ームを発生する照明光学系と、この光ビームを投射すべき画像情報に応じて変調 する少なくとも１個の表示パネルを有する画像表示光学系とを具える。放射源、 放射源の後側の反射器及び集光レンズに加えて、既知の照明光学系は積分光学系 も具える。積分光学系の後段には、表示パネルの面に全ての画像を重ね合わせる 別のレンズも配置されている。 表示パネルは、例えば液晶表示パネルとすることができる。この表示パネルは 液晶材料の層を封止した光学的に透明な２個のプレートを具えると共に画素の２ 次元アレイが設けられている。各画素は、この画素がアドレスされたとき外部か らこの画素を遮光する能動（アクティブ）絵素を具える。この能動絵素は、同様 に画素の一部分を構成する列及び行電極を介して信号が供給される。さらに、画 素内にはフォトリソグラフィの規定に起因する駆動されない微小な領域が存在す る。行及び列電極が占める部分及び駆動されない領域画素部分は、以後の説明に おいて受動部分と称する。実際にスイッチィング動作を行う能動部分と受動部分 との比率は表示パネルの幾何学的な開口を規定する。 一方、上述した液晶表示パネルは、画像投射モジュールの光出力に関して多数 の欠点がある。 現在のＬＣＤ投射装置において、その目的は小型化することにある。しかしな がら、解像度を維持しながら表示パネルの大きさを小さくすると、幾何学的な開 口が小さくなり、相当な光量損失が発生し光学系の光出力が低下してしまう。こ の欠点を解決する既知の解決方法は、表示パネルの照明側にマイクロレンズアレ イを用い、入射光を能動画素部分に集中させることである。小型化を図る場合、 マイクロレンズアレイは、マイクロレンズと液晶層との間の距離と同様に小さく する必要がある。これらの要件は、その製造を比較的複雑にしてしまう。 さらに、表示パネルが偏光変調により画像情報を光ビームに付加する場合、液 晶表示パネルは一般的に２個の偏光子間に位置する。不所望な光が表示パネルに 入射する場合、その光のほぼ半分の光は第１の偏光子により吸収され、これによ り偏光子及び表示パネルが加熱され、表示パネルが損傷するおそれがある。この 課題を解決する既知の方法は、放射源と表示パネルとの間の光路において光を予 備的に偏光することである。しかしながら、この方法は、例えば偏光ビームスプ リッタのような特別な素子を必要とする。 さらに、単一の表示パネルを有するカラー画像投射装置に関する場合、表示パ ネルに入射する光のほぼ２／３の光が損失となってしまう。実際に、カラー表示 パネルは、肉眼では識別できない３個の個別の画素で構成されるカラードットを 発生する。３個の画素の組内において、各画素は３原色のうちの２個の原色の光 を吸収する異なるカラーフィルタを具え、この２個の原色の光は別の２個のカラ ーフィルタのうちの一方のカラーフィルタを通過する。従って、各画素は入射し た光の１／３の光だけを通過させる。既知の画像投射装置において、この現象は 、例えば米国特許第５１６１０４２号に記載されている角度カラー分離のような 放射源からの光ビームを３個の単色性サブビームに分離することにより解決され る。 要約すると、光は表示パネルの受動部分にも入射し、しかも不所望な偏光方向 及び／又は不所望な波長を有する光が能動部分に入射するため、放射源から供給 される光の相当量の光が喪失し、画像形成に寄与できなくなってしまう。これを 防止するため、多くの解決方法が提案されている。しかしながら、これらの方法 では画像投射装置の構造が複雑化する欠点がある。さらに小型化する場合、種々 の部材を位置決めし製造するための要件が一層厳格になるため、この構造上の複 雑化が増大してしまう。 本発明の目的は、表示パネルに不所望な入射位置、波長又は偏光方向を有する 光線を回復でき画像形成にさらに別の機会が与えられる比較的簡単な画像投射モ ジュールを提供することにある。この場合、放射源について特別な努力を払うこ となく、比較的大きな光出力を有する画像投射モジュールを実現することができ る。 この目的を達成するため、本発明による画像投射モジュールは、第１の反射手 段が前記積分光学系の出射面に存在し、第２の選択的な反射手段がモジュールに 存在し、前記積分光学系の出射面を前記第２の反射手段を介して前記第１の反射 手段に少なくとも部分的に結像する光学系を前記第１の反射手段と第２の反射手 段との間に配置したことを特徴とする。 本発明は、画像を形成する前に、光路中の遮光区域又は光吸収区域を除去する と共に入射光の位置、波長又は偏光方向により決定される選択性反射を行う反射 区域を導入する認識に基づいている。不所望な位置に入射する光及び不所望な波 長又は偏光方向を有する光は、不所望な光と称することにする。 前述した発明概念は、不所望な光を反射し所望な光に変換する第１及び第２の 反射手段の組合せにより実現される。不所望な光は吸収又は遮光される前に回復 されるので、画像投射モジュールを複雑化することなく比較的高い光出力が実現 される。 この光学系により、第２の反射手段からの光は第１の反射手段に少なくとも部 分的に入射し、並びに第１の反射手段からの光は第２の反射手段に少なくとも部 分的に入射する。 積分光学系は種々の態様で設けることができる。 本発明による画像投射モジュールの第１の実施例は、積分光学系が第１及び第 ２のレンズプレートを有し、第２のレンズプレートの複数のレンズが全体として 前記積分光学系の出射面を構成することを特徴とする。 この場合、第２のレンズプレートの面は積分光学系の出射面に位置する。積分 光学系の出射表面は、この出射面に位置する。この出射表面は、積分機能に寄与 する第２のレンズプレートの表面、すなわち第２のレンズプレートのレンズが占 める表面を意味するものと理解される。 各レンズプレートには、レンズのマトリックスを設け、第１のレンズプレート の各レンズは放射源の像を第２のレンズプレートのレンズに結像する。第２のレ ンズプレートの各レンズは対応する第１のレンズを表示パネル上に結像する。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、第１の反射手段が、前記第 ２のレンズプレートに存在する複数の反射区域を有することを特徴とする。 この場合、第２のレンズプレートは複数のレンズ及び反射区域の両方を有する 。反射区域を形成する態様は、第２の反射手段が不所望な光を選択するパラメー タにより決定する。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、第１の反射手段が、前記第 ２のレンズプレートに隣接し前記積分光学系の出射面に位置する少なくとも１個 の反射素子を有することを特徴とする。 この場合、第１の反射手段の面に少なくとも１個の個別の反射素子を配置する 。同様に、反射素子の設定は、第２の反射手段が不所望な光を選択するパラメー タにより決定する。 積分光学系が別の態様で構成される本発明による画像投射モジュールの別の実 施例は、積分光学系が光学的に透明なバーを有し、このバーの前記放射源から離 れた側の端面が積分光学系の出射面を構成することを特徴とする。 バーで生ずる光の反射はバーの側壁で発生するので、バーの放射源から離れた 端面で均一な光分布が形成される。 バーの放射源から離れた端面は出射面と考えることができる。出射面が位置す る面は積分光学系の出射面となる。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、第１の反射手段が、前記バ ーの端面に隣接し前記積分光学系の出射面に位置する少なくとも１個の反射素子 を有することを特徴とする。 この場合、第１の反射手段は、積分光学系の出射面に配置した１個又はそれ以 上の個別の反射素子で構成される。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、第２の反射手段の面が光軸 に対して９０゜以外の角度をなし、前記光学系が第１及び第２のレンズを有し、 前記第１のレンズにより形成される積分光学系の出射面の像が前記第２のレンズ の焦点面に位置することを特徴とする。 第２の反射手段を傾けることにより、積分光学系の出射面の像は出射面にわた ってシフトとする。この光学系により、反射像は出射面自身を経て入射する光と 幾何学的に同一の特性を有する。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、第２の反射手段が、前記表 示パネルにより少なくとも部分的に積分される複数の反射区域を有することを特 徴とする。 第１の反射手段は、好ましくは窓の像の位置に位置する。窓の像とは、表示パ ネルの位置における照明ビームの断面を意味するものと理解される。 画像投射装置が単一の表示パネルを有するカラー画像投射装置の場合、３個の 個別の画素で構成されるカラードットが形成される。これらの画素の各々は異な るカラーフィルタを具える。白色光がカラー表示パネルに入射する場合、表示パ ネルに入射する光の画素当たり１／３の光だけが画像形成に利用される。実際に 、当該画素に対して２／３の光が不所望なカラーの光となり吸収される。これを 避けるため、本発明による画像投射モジュールは、第２の反射手段が、ダイクロ イックな反射素子のパターンを具え、このパターンが表示パネルの画素パターン に対応することを特徴とする。 従って、本発明は、単一の表示パネルを有するカラー画像投射モジュールの通 常のカラーフィルタパターンをダイクロイックミラーパターンで置き換えること を提案するものである。画素に適切な波長の光を通過させるダイクロイックミラ ーは各画素に対応すると共に他の光を出射面に向けて反射し、この出射面におい てこの光は適切な画素に入射する機会が与えられる。この場合、入射位置の選択 に加えて、波長選択も行われる。 反射性ダイクロイック素子は表示パネルと一体化し又は一体化しないものとす ることができる。 表示パネルに画素パターンに対応するダイクロイックミラーのパターンを設け て一層高い光出力を達成することは、米国特許第５０２９９８６号から既知であ る。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、マイクロレンズアレイが前 記表示パネルの照明側に配置され、前記ダイクロイック素子がマイクロレンズア レイの焦点面に位置することを特徴とする。 マイクロレンズアレイは、表示パネルに入射する光を能動画素部分に集中する ように作用する。ダイクロイックミラーはマイクロレンズアレイの焦点面に配置 することができる。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、マイクロレンズアレイが前 記表示パネルの照明側に配置され、前記ダイクロイック素子がマイクロレンズア レイ上に位置することを特徴とする。 液晶表示パネルは画素の２次元アレイを具える。各画素は実際にスイッチィン グを行う能動部分及び電極とブラックマスクにより構成される受動部分とを具え る。通常、受動部分に入射する光は画像形成に寄与せず表示パネルを加熱し、液 晶材料に損傷を与えるおそれがある。これを防止するため、本発明による画像投 射モジュールの別の実施例は、第２の反射手段が、前記表示パネルの受動画素部 分と少なくとも部分的に一致する複数の反射区域を有することを特徴とする。 表示パネルの能動部分の位置に反射領域を設けることにより、このパネルに入 射する光は第１の反射手段に向けて反射する。従って、初めに受動部分に入射す る光は、少なくとも部分的に能動画素部分に入射する１回又はそれ以上の第２の 機会が与えられる。この場合、不所望な光の選択は表示パネルに対する入射位置 に基づいて行われる。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、積分光学系の出射面が前記 第２の反射手段にほぼ平行にされ、積分光学系の出射面の反射性部分が積分光学 系の出射表面の２倍の大きさの表面を有することを特徴とする。 これにより、第２の反射手段での反射により画像投射モジュールの光出力を増 大させることができる。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、積分光学系の出射面が前記 第２の反射手段にほぼ平行にされ、積分光学系の出射面の反射性部分が積分光学 系の出射表面の３倍の大きさの表面を有することを特徴とする。 これにより、反射の回数に従って回復する可能性が増大する。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、第２の反射手段が、前記照 明光学系と表示パネルとの間に配置した反射性偏光子を具え、前記第１の反射手 段上に又はその近傍に偏光変換手段が存在することを特徴とする。 光ビームが表示パネルに入射する前に反射性偏光子に入射すると、表示パネル に不所望な偏光方向の光が第１の反射手段に向けて反射する。偏光変換手段は、 この光の偏光方向を変換するように作用するので、第１の反射手段で反射した後 、この光は表示パネルに入射する別の機会が与えられ、画像形成にさらにに寄与 することになる。 第２の反射手段は、反射性偏光子と表示パネル上の又は表示パネルに近接する 反射区域との組合せにより構成することもできる。この場合、表示パネルに入射 する光の偏光方向と位置又はカラーとの両方が選択される。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、偏光子を線形レトロダイレ クティブ偏光子としたことを特徴とする。 この場合、光源から放出された偏光していない光は偏光子により直線偏光した 光なり、不所望な偏光方向の光は入射側に戻される。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、偏光子をコレストリック偏 光子としたことを特徴とする。 この場合、光源から放出された偏光していない光は偏光子により円偏光した光 となる。 コレストリック偏光子は既知の光学素子である。この偏光子はコレストリック な方位を有する液晶材料の光学層を有する。これは、材料分子が溶液中でピッチ ｐを有する螺旋又は螺旋状構造に自発的に方位することを意味する。この溶液を ２個の平行基板間に薄いアクティブな層として形成すると、螺旋構造が螺旋の軸 がこの層と直交するように方位する。 偏光していないビームがコレストリック偏光子に入射すると、右回り及び左回 りの円偏光ビーム成分が互いに分離される。実際には、螺旋の方向に対応する回 転方向のビーム成分は反射し、他の回転方向のビーム成分は透過する。一方、ビ ーム成分が透過し又は透過しないことは、回転方向だけでなく入射ビームの波長 により決定される。反射波長λは、λ₀ ＝１／２（ｎ_o＋ｎ_e）ｐとなる。このピ ッチの方向に対応する回転方向を有しλ₀ の波長帯域内にあるビーム成分の一 部分だけが反射する。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、偏光子を偏光ビームスプリ ッタとしたことを特徴とする。 この偏光子は、表示パネルが反射型表示パネルの場合に特に有益である。この 理由は、この場合偏光分離が伝播方向による分離により行われるからである。 第２の反射手段が直線偏光子だけから構成される本発明による画像投射モジュ ールの別の実施例は、第１の反射手段を鏡面反射性とし、λ／４波長板が前記第 １の反射手段に又はその近傍に存在することを特徴とする。 第２の機会において反射性偏光子により反射した光をこの偏光子を通過させる ために、表示パネルに不所望な偏光方向の光は第１の反射手段又はその近傍にお いて所望な偏光方向の光に変換する必要がある。これは、例えば第１の反射手段 を鏡面手段として設けると共に第１の反射手段又はその近傍にλ／４波長板を配 置することにより実現される。この場合、直線偏光した光は初めにλ／４波長板 により円偏光に変換する。この光の偏光方向は鏡面反射器により反転される。こ の円偏光したビームがλ／４波長板を通過すると、オリジナルビームに対して相 補的な偏光方向の直線偏光に変換される。 第２の反射手段が直線偏光子を具えると共に複数の反射区域を前記表示パネル に又はその近傍に有する本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、λ／ ４波長板が、前記直線偏光子で反射した光の光路中に存在し、前記第１の反射手 段を、少なくとも前記直線偏光子により反射した光が入射する位置において鏡面 反射性としたことを特徴とする。 偏光子により反射した光はその偏光方向を変化するので、そのビームの偏光方 向はこのビームが入射する位置で変換される。これは、第１の反射手段を偏光子 で反射した光が入射する位置に鏡面反射手段として配置すると共にこの光の光路 中にλ／４波長板を配置することにより実現できる。 表示パネルからの反射光は誤った位置又は誤ったカラーを有し、従ってその偏 光方向を変化しない。従って、このような光が入射する位置は、入射する光の偏 光状態を維持するものでなければならない。直線偏光した光については、例えば 鏡面反射器はこの光の偏光状態を維持する。 第２の反射手段がコレストリック偏光子だけから構成される本発明による画像 投射モジュールの別の実施例は、第１の反射手段を鏡面反射性としたことを特徴 とする画像投射モジュール。 コレストリック偏光子入射反射したビーム成分が再び第１の反射手段に入射す ると、第１の反射手段が鏡面反射する場合その偏光方向が反転する。その後、第 １の反射手段から入射するビーム成分適当な偏光方向を有し、コレストリック偏 光子入射表示パネルに向けて通過する。 第２の反射手段が、コレストリック偏光子を具えると共に複数の反射区域を前 記表示パネル上に又はその近傍に有する本発明による画像投射モジュールの別の 実施例は、λ／４波長板が、前記反射区域で反射した光の光路中に存在すること を特徴とする。 このようにして、表示パネルに入射する光の偏光方向及び位置の両方が選択さ れることになる。この場合、λ／４波長板は、表示パネルにより反射した光が第 １の反射手段に入射する位置と対応する位置に存在する必要がある。偏光子によ り反射した光が入射する鏡面反射器上の位置はそのままに維持する必要がある。 この理由は、この光の偏光方向が反転するおそれがあるからである。 第２の反射手段が、コレストリック偏光子を具えると共に複数の反射区域を前 記表示パネルに又はその近傍に有する本発明による画像投射モジュールの別の実 施例は、コレストリック偏光子の偏光回転方向と反対の偏光回転方向を有すると 共に前記第１の反射手段に又はその近傍に位置するコレストリック素子が、前記 反射区域で反射した光の光路中に存在することを特徴とする。 入射光の偏光方向を維持すべき位置にλ／４波長板を配置する代わりに、回転 方向が第２の反射手段の一部を構成するコレストリック偏光子の回転方向とは反 対のコレストリック偏光子を設けることができる。表示パネルで反射した光はコ レストリック偏光子を通過して第１の反射手段に入射し、この第１の反射手段に おいてその偏光方向を維持しながらこれらの素子が反対の回転方向を有する条件 のもとでコレストリック偏光子により反射する。 第２の反射手段が、複数の反射区域を前記表示パネル上に又はその近傍に有す る本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、反射性偏光子の面及び表示 パネルの反射区域の面の両方が光軸に対して９０゜以外の角度をなすと共に互い にある角度をなすことを特徴とする。 このように構成することにより、反射した光は第２の機会が最適になる位置に 入射する。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、コレストリック偏光子が液 晶高分子材料の単一の層を有し、この層の内部において分子の螺旋のピッチが、 少なくとも全可視波長域にわたるのに必要な反射帯域の下限及び上限にそれぞれ 対応する２個の値の間で変化することを特徴とする。 これにより、可視波長域にわたって偏光分離を行うことができる。これは、単 一の表示パネルを有するカラー画像投射装置に特に有益である。単一の層で構成 されるコレストリック偏光子は、比較的高い品質を達成できると共に、広い波長 域にかかわらず比較的薄くなる利点がある。さらに、偏光子に対する入射角が垂 直ではない場合に反射波長域がシフトすることは、簡単な方法で考慮することが できる。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、コレストリック偏光子と表 示パネルとの間にλ／４波長板が存在することを特徴とする。 円偏光した光を変調する表示パネル及び直線偏光した光を変調する表示パネル が存在する。コレストリック偏光子は円偏光子であるから、直線偏光の表示パネ ルに関する場合、λ／４波長板を偏光子と表示パネルとの間に配置して所望の円 偏光成分を直線偏光成分に変換する。 積分光学系が第１及び第２のレンズプレートを有する本発明による画像投射モ ジュールの別の実施例は、第２のレンズプレートを半円形又は１／４円形とし、 前記照明光学系を、第２のレンズプレートの位置において半円形又は１／４円形 の照明ビームを形成するように構成したことを特徴とする。 この場合、投射レンズの瞳を光で最適に満たすことができる。 積分光学系が第１及び第２のレンズプレートを有する本発明による画像投射モ ジュールの別の実施例は、第１のレンズプレートのレンズが前記表示パネルのア スペクト比に対応するアスペクト比を有することを特徴とする。 この場合、表示パネルを効率よく照明することができる。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、画像表示光学系が２個の表 示パネルを具え、一方の表示パネルは単色光ビームを変調するのに好適なものと し、他方の表示パネルは少なくとも２個の異なる単色光ビームを変調するのに好 適なものとし、これら表示パネルの前段に当該表示パネルにより変調される光ビ ームの波長に対応する透過波長を有するダイクロイックフィルタを配置し、放射 源と当該表示パネルとの間の各光路を、上述した構成と同様に構成したことを特 徴とする。 一方の表示パネルを２個のカラー用に用い、他方の表示パネルを第３のカラー 用に用いる実施例の利点は、単色表示パネルのカラーに対して高解像度を得るこ とができることである。別の利点は、ランプのスペクトラル効率が最適化される ことである。一方の表示パネルにおける２個のカラー光の合成は、２個の原色の いかなる組合せとすることもできる。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、画像表示光学系が２個のカ ラー表示パネルを具え、放射源と当該カラー表示パネルとの間の各光路を、上述 した構成の放射源と表示パネルとの間の光路と同様に構成したことを特徴とする 。 このような組合せは３次元画像投射装置に用いられる。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、各カラーチャネルを上述し た構成の放射源と表示パネルとの間の光路と同様に構成したことを特徴とする。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、変調された単色サブビーム を合成する手段を、互いに交差する２個のダイクロイックミラーを有するダイク ロイックプリズムで構成したことを特徴とする。 品質特にビーム合成に用いるダイクロイックミラーの平坦性は極めて重要であ る。本例のカラービーム合成光学系は、小型化した画像投射装置に用いるのに特 に有益である。この理由は、このような光学系は比較的広い発散性を有し、ダイ クロイックミラー間の界面はこの発散性によりほとんど視認されないからである 。さらに、このダイクロイックミラーは、比較的厚く研磨された基板上に位置す るので、極めて平坦性に優れたものとして設けることができる。 本発明による画像投射モジュールの別の実施例は、画像表示光学系を反射型画 像表示光学系としたことを特徴とする。 本発明は、さらに全体として画像投射モジュールを構成する照明光学系と画像 表示光学系とを具えると共に、投射レンズ系が設けられた画像投射装置にも関す るものであり、画像投射モジュールを上述したように構成したことを特徴とする 。 本発明による画像投射装置の別の実施例は、第２のレンズと投射レンズ系との 間に、前記積分光学系の出射面を投射レンズ系の入射瞳に結像する第３のレンズ を配置したことを特徴とする。 この第３のレンズにより、投射レンズの直径を制限された範囲内に維持するこ とができる。 本発明による画像投射装置の別の実施例は、コレストリック偏光子を前記第２ のレンズと第３のレンズとの間に配置したことを特徴とする。 この理由は、第２の反射手段が表示パネル上に又はその近傍に常時存在し、光 ビームがテレセントリックになるからである。 上記λ／４板の全ては、好ましくはアクロマテックにする。すなわち、全ての λ／４板は広い波長域にわたってアクティブとなるので、このように構成するこ とにより、カラー画像投射装置においていかなる問題が生ずることなく本発明を 利用できる。 以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。 図面として、 図１（ａ）及び１（ｂ）は積分光学系を含む画像投射装置の実施例を示す。 図２、５（ａ）、５（ｂ）、７及び８は本発明による画像投射モジュールの実 施例を示す。 図３は第２の反射手段において単一反射させるためのレンズプレートの面上の レンズ素子及び反射区域の分布を示す。 図４（ａ）及び４（ｂ）は第２の反射手段において２回反射させるための第２ のレンズプレートの面上のレンズ素子と反射区域の分布を示す。 図６（ａ）及び６（ｂ）は第２のレンズプレートのレンズ素子及び反射区域の 分布、及び第２の反射手段がコレストリック偏光子と表示パネルに一体化された 反射領域との組合わせにより構成される場合の積分器面の分布と積分器の出射面 の反射面の分布を示す。 図９及び１０は３個の単色表示パネルを有する本発明による画像投射モジュー ルを含むカラー画像投射装置の実施例をそれぞれ示す。 図５（ｃ）及び１１は反射性表示パネルを有する本発明による画像投射モジュ ールを含む画像投射装置の実施例を示す。 図１２（ａ）及び１２（ｂ）は半円及び１／４円の断面を有するビームのため の積分器面及び積分光学系の出射面の反射面の分布を示す。 図１（ａ）に線図的に示す画像投射装置１は、一緒になって画像投射モジュー ル２を構成する照明光学系３及び画像表示系１３を具える。照明光学系３には、 例えば放物状の反射器７により部分的に包囲されている放射源５を設け、その後 段にコンデンサレンズ９を設ける。放射源は球面状の反射器により部分的に包囲 することもできる。この場合、コンデンサレンズは省略することができる。照明 光学系３は出射窓１１を有する。この出射窓は画像投射装置の光軸Ｏと直交する 像面であり、この面に対して多数の素子の位置を決定する。出射窓１１は、放射 源５から見て表示パネル１５の前面に位置するものとする。 画像表示系１３は２個の偏光子２５と２７との間に位置する表示パネル１５を 具える。この画像表示装置は、簡明にするため単一のレンズとして図示され、変 調された光を投射スクリーン１６上に投射する投射レンズ系１７をさらに具える 。 照明光学系３は積分光学系１９を具え、画像の均一性及び装置光出力を最良に する積分光学系１９は、図１（ａ）の実施例で示すように、第１のレンズプレー ト２１と第２のレンズプレート２３で構成することができる。各レンズプレート ２１，２３はマトリックスの形態で配置され、符合２２，２４で示す多数のレン ズを有する。第１のレンズプレート２１は、例えば表示パネル１５のアスペクト 比に対応する均一な幅及び均一な高さを有する。第１のレンズプレート２１の各 レンズは第２のレンズプレート２３の対応するレンズ２４に光源像を形成する。 第２のレンズプレート２３の各レンズ２４は第１のレンズプレート２１の対応す るレンズ２２のを表示パネル１５上に結像し、全ての像が表示パネル上で互いに 重ね合わされる。 或いは、積分光学系１９は光学的に透明なバーで構成することができる。この 場合、バーに入射した光はその側面で数回反射するので、バーの放射源５から離 れた側の端面２０において光の均一な分布が達成される。積分器として光学的に 透明なバーを有する画像投射装置は図１（ｂ）に示す。 表示パネルは、例えばマトリックス状の画素を有する液晶表示パネルとするこ とができる。アドレスされない場合に画素を表示面から除く例えばＴＦＴ（薄膜 トランジスタ）のような能動素子が各画素に存在する。能動素子は、画素間に延 在する列及び行電極を介してそれらの信号を受信する。さらに、フォトリソグラ フィにより、駆動されない微小な領域が存在する。従って、画素は、実際に切り 換えを行う能動部分と受動部分とで構成されるものと考えられる。受動部分は、 特別な方策が採用されない場合、相当な光量損失を発生する可能性がある。実際 に、放射源から受動部分に入射する光は画像形成に寄与しない。さらに、この光 により、表示パネルには光吸収により不所望な加熱が生じてしまう。既知の解決 策は、表示パネルの照明側にマイクロレンズアレイを配置し、このマイクロレン ズアレイにより光を能動画素部分に集中することである。この欠点は、小型にし ようとする場合、表示パネルの製造が極めて複雑になることである。 この表示パネルは単色パネルとすることができる。カラーの画像投射装置が望 まれる場合、例えば各原色用の３個のカラーチャネルを設け、各カラーチャネル に単色の表示パネルを設ける。放射源から光は、初めに３本のサブビームに分離 し、変調した後これらのサブビームを合成する。 変形例として、表示パネルはカラー表示パネルとすることができる。この場合 、各カラードットは肉眼では識別できない３個の単色画素により発生する。これ らの画素には、そのカラー光を透過し残りの２個の原色を吸収するカラーフィル タを設ける。しかしながら、この場合放射源から入射する光のうち２／３の光が 吸収により損失となる。 表示パネルの動作が偏光変調に基づく場合、表示パネルは、偏光した光を発生 させる第１の偏光子２５と、検光子と称され偏光変調された光を輝度変化として 可視化する第２の偏光子との間に配置する。この場合、第１の偏光子２５により 放射源５から入射する光のほぼ５０％の光が損失となる。既知の解決策は、第１ の偏光子を反射性偏光子として配置し、この反射性偏光子に偏光変換素子を組み 合わせて表示パネルに対して不所望な偏光方向の光を所望な偏光方向の光に変換 することである。検光子の加熱を防止するために屈折性の検光子を選択すること ができる。この屈折性検光子は、画像形成に不所望な光を吸収する代わりに、光 を光路からはずれるように屈折する検光子である。 表示パネルを例えばＰＤＬＣのような拡散性液晶表示パネルとする場合、偏光 子は省略することができる。 光の損失をできるだけ減少させる既知の方策の全ては、画像投射モジュールの 構成を複雑にしている。特に、表示パネルを小型にすることを望む場合、この光 学系の光学素子に課せられる要件は一層厳格になってしまう。 本発明は、表示パネルを一層小型にする場合でもモジュールの構造が複雑化す ることなく画像投射モジュールの光損失を低減する方法を提案する。 図２、５（ａ）、５（ｂ）、５（ｃ）、７、８、９、１０及び１１は後述する 本発明による画像投射装置の実施例を示す。 本発明により提案する一の方策では、第１の反射手段を積分光学系１９の出射 面に配置し第２の反射手段を照明光学系３の出射窓１１に又はその付近に配置し 、積分光学系１９の出射面を第１の反射手段と第２の反射手段との間に位置する 光学系３１により第２の反射手段を介して出射面２９に結像する。この出射面２ ９は、積分光学系が２個のレンズプレートで構成される場合第２のレンズプレー トが位置する面とする。また、出射面２９は、積分光学系が光学的に透明なバー で構成される場合端面２０が位置する面とする。これらの形態において、放射源 から表示パネル１５の不所望な位置に入射する光或いは例えば不所望な偏光方向 又は不所望な波長に変調された不所望な光学特性を有する光を回復することがで き、表示パネル１５上に種々の位置に入射し又は種々の偏光方向で入射した光を 画像形成に寄与できるようにすることができる。本発明による画像投射モジュー ルは、反射光、換言すれば不所望な光が積分光学系の出射面の新たな像を第２の レンズプレート２３又は端面２０が位置する出射面２９の領域に形成するように 構成する。第１の反射手段をこの像の位置に配置することにより、光は表示パネ ル１５に向けて再び反射でき別の変調が与えられることになる。 第１及び第２の反射手段は、種々の取り得る実施例がある。各反射手段及びこ れら反射手段の組合せの実施例は、光を回復させる選択パラメータに依存する。 第１の反射手段は積分光学系１９の出射面に位置する個別の素子により構成す ることができる。この実施例は積分光学系の両方の実施例について可能である。 第１の反射手段は第２のレンズプレート２３と一体化することもできる。この実 施例は、レンズプレートを有する積分光学系に関する場合に限り可能である。 第２の反射手段の面は光軸に対して傾斜しているので、積分光学系の出射面の 像はこの出射面にわたってシフトとする。 図２は画像投射モジュールを有する画像投射装置の実施例を示し、この画像投 射装置では第１の反射手段はレンズプレート２３と一体化されこのレンズプレー トの面上に分布する反射区域３３により構成する。第２のレンズプレート２３の 各レンズ２４は表示パネル１５に対応するアスペクト比の同一のコーン状の光を 放出する。積分光学系１９と表示パネル１５との間に位置する光学系３１は第１ のレンズ３５及び第２のレンズ３７を具える。第２のレンズプレート２３の各レ ンズ２４の窓の像は第１のレンズ３５の焦点面に形成され、これら窓の像の全て は一致する。窓の像は、表示パネル１５の領域における照明ビームの断面を意味 するものと理解される。レンズ３５の焦点距離を変化させることにより、窓の像 の大きさを適合させることができる。第２のレンズは、このレンズが第２のレン ズプレート２３を無限の位置に結像し第１のレンズ３５により形成された第２の レンズプレート２３の像が第２のレンズ３７の焦点面に位置するように選択する 。この第１のレンズ３５及び第２のレンズ３７の選択により、第２のレンズプレ ート２３の像は、反射区域３３で反射した後その寸法を変えることなくオリジナ ルの面２９に入射する。第２のレンズプレート２３は、例えばレンズ素子２４と 同様に多数の反射素子３３を具え、さらに反射素子３３及びレンズ素子２４は等 しい大きさとする。図３は第２のレンズプレート２３の面上のレンズ素子２４及 び反射素子３３の分布を示す。 第２の反射手段の面は光軸に対して傾いているので、第２のレンズプレートの 各レンズはレンズ間に位置する反射素子上に結像されることができる。これら第 ２のレンズプレートの素子で反射した後、これらの反射素子により形成されるコ ーン状の光は第２のレンズプレートのレンズにより形成されるコーン状の光と同 様に表示パネルを照明する。この理由は、反射素子により形成されるコーン状の 光及び第２のレンズプレートのレンズ素子により形成されるコーン状の光は幾何 学的に同一である。このようにして、画像投射モジュールの光出力は相当増大す ることができる。この形態において、第２の反射手段において２回目の反射する 光線は、光線がオリジナルの光路として通過する第２のレンズプレート２３のレ ンズに入射する。従って、第２の反射により、この実施例においてこの光学系の 光出力に特別に寄与することはない。 前述した実施例はマイクロレンズアレイを用いる場合と同一の効果を有する。 すなわち、光が受動部分に入射することにより発生する光損失は相当減少し、そ の作用は表示パネルの基板の厚さに依存せず、従って表示パネルの小型化に影響 を与えず且つ例えば同一の寸法であるが一層高い解像力を有する表示パネルのよ うな小さな幾何学的な開口を有する表示パネルにも影響を及ぼすことはない利点 がある。 第１の反射手段の別の実施例は、積分光学系１９の出射面２９に個別の反射素 子を積分光学系の出射面に隣接して及び／又はその上側に設けることにより構成 される。この場合、第１の反射手段は第２のレンズプレートと一体化しない。こ の実施例は積分光学系の両方のものに用いことができ、以下において詳細に説明 する。 第２の反射手段について種々の実施例が可能である。第２の反射手段は照明光 学系３の手段窓１１に位置し、表示パネルに近接して位置することができ表示パ ネルと一体化することができる。第２の反射手段が表示パネルと一体化される第 １の構成は、単一のカラー表示パネルに関する場合、既知の表示パネルに存在す る吸収性カラーフィルタパターンをダイクロイックミラーパターンにより置き換 えることである。この場合、所定の波長で不所望な位置に入射する光は、表示パ ネルの異なる位置に入射する別の機会が与えられることになる。フィルタ毎に２ 個の原色を吸収する代わりに、これら２個のカラーの光は積分光学系１９の出射 面２９に向けて反射する。第１の反射手段で反射した後、第１及び第２の反射手 段が互いに適当な角度で位置する場合、これらの波長の光は表示パネルの異なる 位置に入射する。この場合、第２の反射手段の傾きは表示パネルの傾きを含む。 第２の反射手段も表示パネルに複数の反射領域を有することができる。前述し たように、受動部分に入射する光は画像形成に寄与しない。これらの受動部分を 反射性とすることにより、反射性の受動部分に入射する光は第１の反射手段に向 けて反射し、第２の機会において異なる位置に、少なくとも多数の能動性画素部 分に入射することになる。 一層高い光出力を得るため、積分光学系１９の出射面２９は光軸に対して第２ の反射手段と同一の角度だけ傾斜させる。積分光学系が２個のレンズプレートを 有する場合、第２のレンズプレートを傾斜させる。積分光学系が光学的に透明な バーで構成される場合、端面２０は所定の角度に研磨する。このようにして、表 示パネルで第２の反射が行われるので、光は積分光学系の出射面の反射素子のパ ターンに再び入射し、この光学装置の光出力に寄与することになる。出射面２９ の反射表面は出射面の２倍の大きさとする必要がある。反射領域を第２のレンズ プレートと一体化する場合、第２のレンズプレートの反射表面はレンズ面の２倍 の大きさとする。図４（ａ）及び４（ｂ）はレンズ素子２４の分布及びレンズプ レート２３の面上の反射性領域３３を示す。 図５（ａ）に示すように、第２の反射手段は反射性偏光子３９を有することが できる。種々の型式の反射性偏光子が存在する。反射性偏光子３９は線形なレト ロダイレクティブ偏光子とすることができる。この偏光子に偏光していないビー ムが入射すると、このビームの半分が透過する。他の偏光方向の光は、ビームが やって来る元の点に向けて反射する。反射したビームに第２の反射の機会が与え られ画像形成に寄与できるようにする場合、偏光変換手段を第１の反射手段に又 はその近傍に配置する。このため、第１の反射手段は鏡面反射器として設け、λ ／４板を偏光子と第１の反射手段との間の光路中に配置することができる。従っ て、偏光方向は相補的な方向に変換され、偏光子３９に入射すると表示パネルの 向けて通過する。 反射性偏光子３９はコレステリック偏光子とすることもできる。コレステリッ ク偏光子はコレストリックな方位を有する液晶材料を含み、回転方向がコレスト リック材料の分子螺旋の回転方向に対応する偏光方向の光を反射する円偏光子で ある。反射する光の偏光方向は表示パネルについて不所望な偏光方向で第１の反 射手段に向けて反射する偏光方向とする必要がある。これに関連して、第１の反 射手段は鏡面反射器として設ける。この理由は、鏡面反射器は円偏光した光を反 対の回転方向の円偏光した光に変換するからである。コレストリック偏光子に入 射すると、この回転方向の光は通過する。この場合、第２の反射手段は照明光学 系と表示パネルとの間に、特に照明光学系３の出射窓１１に存在する。表示パネ ルが直線偏光した光と共に作動する場合、λ／４板４１がコレストリック偏光子 ４１と表示パネルとの間に存在し、コレストリック偏光子からの円偏光した光を 直線偏光した光に変換する。λ／４板４１は選択的な素子であるため、破線で示 す。例えば、第２のレンズプレート２３を経て表示パネル１５に入射するような 積分光学系の出射面を通過する偏光していない光はコレストリック偏光子３９に より円偏光となる。表示パネル１５に不所望な偏光方向の光は第１のレンズ３５ 及び第２のレンズ３７を経て出射面２９に向けて反射し、第２のレンズプレート ２３の反射領域３３のパターン上に結像する。これらの反射素子３３で反射する と、これらの素子が鏡面反射器として設けられている場合、円偏光した光の偏光 方向は反転する。光は第１及び第２のレンズ３５，３７を経てコレストリック偏 光子３９に入射し、表示パネル１５を通過する適当な偏光方向を有することにな る。 第２の反射手段がコレストリック偏光子で構成される場合、表示パネルの前段 に位置する第１の偏光子２５は省略することができる。 別の取り得る構成は、偏光子３９をビームスプリッタとして設けることである 。この実施例を図５（ｂ）に示す。不所望な偏光方向の光はビームスプリッタ３ ９により光路から偏向され、反射器４０に入射する。第１の反射手段を同様に鏡 面としλ／４板を偏光子３９と第１の反射手段との間の光路中に配置して、光が ビームスプリッタに入射する前に偏光方向を変換する必要がある。偏光子として のビームスプリッタは、反射型の表示パネルの場合に特に好適である。この理由 は、この場合、最終的に種々の偏光方向の光が種々の伝播方向をとるからである 。 第２の反射手段は反射領域又はダイクロイックミラーを表示パネル１５に又は これに近接して有することができる。この場合、第１の反射手段の反射領域で反 射した光がその偏光方向を維持すると共に偏光子により反射した光の偏光方向を 反転させ、その光が偏光子３９を通過するような設定する必要がある。 積分光学系が２個のレンズプレートを有する場合、例えば３個の反射素子３３ をレンズ２４毎に設け、レンズ素子の大きさは反射素子の大きさに等しくする。 このレンズプレート２３上の分布を図６（ａ）に示す。Ｍで示す反射素子はレン ズ２４の上側に位置する。これらのレンズは偏光子３９で反射した光をこれらの 素子上に結像する。 第１の反射手段が積分光学系１９の出射面２９に配置した個別の反射器を有す る場合、出射面の表面領域にほぼ等しい表面領域を有する３個の反射素子が存在 する。図６（ｂ）はこのような形態の一例を示す。出射面すなわち積分機能を有 する部分は参照符合２４で示す。反射領域Ｍ，Ｎ１及びＮ２は、以下の説明にお いて詳細に説明する図６（ａ）の反射素子Ｍ，Ｎ１及びＮ２と同一の機能を有す る。 偏光子３９がコレストリック偏光子の場合、素子Ｍは、鏡面反射器として設け られている場合、入射する光の円偏光の偏光方向を反転させる。実際に、これら の素子は偏光子により反射した光を受光する。反射素子Ｎ１は表示パネル１５の 反射領域により１回目に反射した光を受光する。この理由は、この光は表示パネ ル１５の不所望な位置に入射するからである。これらの反射素子Ｎ１はレンズ２ ４及び素子Ｍに隣接して位置する。表示パネル１５及びコレストリック偏光子３ ９の両方は光軸に対して互いに異なる方向に傾いている。素子Ｎ１は表示パネル により反射した光を受光するため、これらの素子にはλ／４波長層を設けて反射 するように偏光方向を適切に設定する。素子Ｎ２は素子Ｎ１と同一の方法で設置 する必要がある。実際に、素子Ｎ２は表示パネルにより２回目に反射した光を受 光する。 素子Ｎ１及びＮ２にλ／４波長層を設けて入射光の偏光方向を適切に維持する 代わりに、素子Ｎ１及びＮ２に偏光子３９の偏光回転方向とは反対の偏光回転方 向を有するコレストリック偏光子を設けることができる。この光は表示パネルに 向けて偏光子３９を通過する。この光は表示パネルの不所望な位置に入射するの で、表示パネルにより反射し第１の反射手段に向けて偏光子３９を通過する。こ の光が入射する位置において、第１の反射手段が偏光子３９の偏光回転方向とは 反対の偏光回転方向を有するコレストリック偏光子を有する場合、入射光はその 偏光方向を変えることなる反射する。その後、この光は偏光子３９を通過し少な くともその一部分は表示パネルの適切な位置に入射する。 線形反射性偏光子と表示パネル上の又はこれに近接する反射領域とを組み合わ せる場合、表示パネルにより反射した光が入射する第１の反射手段の領域Ｎ１及 びＮ２は偏光方向を適切に維持して直線偏光した光を鏡面反射する必要がある。 光が入射し偏光子により反射する領域Ｍは、偏光方向を変換し鏡面反射する必要 があり、さらにλ／４波長層が設けられる必要がある。 これらの実施例は第２の反射手段に平行な第２のレンズプレート２３を傾ける ことができ、画像表示パネルにおいて第２の反射を行わせてこの光学装置の光出 力に寄与させることができる。表示パネル１５にもマイクロレンズアレイ（図示 せず）を設けることができる。これにより、入射光が表示パネルの能動画素部分 に強く集束することが達成される。マイクロレンズアレイは２個の異なる形態で 設けることができる。第１の形態において、ダイクロイックミラーをマイクロレ ンズアレイの焦点面に配置する。各ミラーの中心は対応するマイクロレンズの光 軸上に位置させる。マイクロレンズアレイは表示パネルに平行にする。第２の形 態において、ダイクロイックミラーはマイクロレンズアレイの平坦な側に配置す る。 前述したように、第１の反射手段は、変形例として、第２のレーザプレート２ ３と隣接し積分光学系の下側、上側又は隣接する出射面２９に配置することがで きる。図７はこのような画像投射モジュールを有する画像投射装置の実施例を示 す。第２の反射手段で反射した光は、反射素子４３が位置する積分光学系１９の 出射面２９に例えばレンズプレート２３又は端面２０の出射面の新たな像を形成 する。この反射素子４３は光を表示パネル１５に送出し、この表示パネルにおい て表示パネルにより変調される第２の機会が与えられる。この場合、反射素子４ ３は個別の素子とする。 図７におけるように、第２の反射手段がコレストリック偏光子３９により構成 される場合、このコレストリック偏光子３９は光軸に対して傾かせ、第１及び第 ２のレンズ３５，３７との組合せにおいてコレストリック偏光子３９で反射した 光を反射素子４３に入射させる。この場合、反射素子４３は鏡面反射器として入 射する偏光した光の偏光回転方向を反転させる必要がある。反射素子４３は、例 えば金属ミラーとすることができる。反射素子４３により表示パネル１５に向け て反射した光はコレストリック偏光子３９を通過する。反射素子４３上の例えば ２のレンズプレート２３又は端面２０の反射した像は積分器を経て入射する光と 幾何学的に同一の特性及び形状を有する。出射面２９において、光軸Ｏに対する 積分光学系の出射面の反射した像は、出射面自身を通過する光ビームの点対称の 鏡像となる。 ２個のレンズプレートを有する積分光学系を具える画像投射モジュールの好適 実施例において、照明光学系は、半円形断面又は１／４円形断面を有するビーム を第２のレンズプレートの位置に光源から発生する光ビームに光損失が生ずるこ となく発生するように構成する。この場合、オリジナルの像及び鏡像は一緒にな って表示パネル１５を照明する円形断面のビームを構成する。反射素子４３で反 射した像は、第１及び第２のレンズ３５，３７を介して窓の像を積分光学系１９ を通過した光と同一の位置に形成する。２個のレンズプレートを有する積分光学 系の特有の実施例については、欧州特許０４６７４４７号明細書を参考にする。 図１２（ａ）及び１２（ｂ）は、積分光学系の出射面と半円形断面及び１／４ 円形断面の照明ビームを形成する個別の反射素子との取り得る形態を示す。この 場合、出射面２９の形状を光ビームの断面形状に適合させることにより材料を節 約することができる。 表示パネル１５が直線偏光した光と共に作動する場合、λ／４波長板４１をコ レストリック偏光子３９と表示パネル１５との間に配置する。 第２の反射手段を表示パネル１５と一体化する場合、表示パネル１５で反射し た光も出射面２９に又はこれに隣接して或いは出射面の下側又は上側に結像する 。反射素子４３を例えば金属ミラーとし第２の反射手段をコレストリック偏光子 とする場合、このミラーは表示パネルで反射した光が入射する位置に、λ／４波 長層又は偏光子３９の偏光回転方向とは反対の偏光回転方向を有するコレストリ ック偏光子と共に配置して反射素子での偏光方向の反転を阻止する。表示パネル １５は、第２のレンズプレート２３の像が反射素子４３に入射するように光軸に 対して傾ける。 画像投射装置には、積分光学系１９を通過光及び反射像のための投影レンズ１ ７の瞳に像を形成する第３のレンズを設けることができる。図８は第３のレンズ を具える画像投射モジュールを有する画像投射装置の実施例を示す。レンズ４５ は表示パネルの前側又は後ろ側のいずれかに位置することができる。図８におい て、第１の反射手段は個別の反射素子で構成する。第３のレンズ４５は、第１の 反射手段が第２のレンズプレートと一体化された画像投射モジュールに又は第１ の反射手段が個別の反射器により構成される画像投射モジュールに配置すること ができる。このレンズ４５が存在する場合、この位置に対する積分器の像が無限 大であればコレストリック偏光子は第１のレンズと第２のレンズとの間に配置す ることができる。 上記λ／４波長層は、好ましくはアクロマティクとする。 図９は、単一のカラー表示パネルの代わりに、３個の単色表示パネル５３、５ ５、５７を有するカラー画像投射装置の実施例を示す。放射源５から発生した白 色光は、例えば２個のダイクロイックミラー４７，４９によりそれぞれ原色に対 応する３本のサブビームｂ₁，ｂ₂ 及びｂ₃ に分割する。これらのカラーに対応 し画像情報を用いてサブビームを変調する単色の表示パネル５３，５５，５７を 各サブビームの光路中に配置する。変調した後、サブビームをダイクロイックミ ラー５９，６１により単一のビームに合成し、投影レンズ系により画像投射スク リーン１６上に画像を形成するように投影する。尚、図面を簡明にするため、投 影レンズ系は単一の投影レンズ１７として図示する。符合５１及び６３として示 すミラーは通常の折り曲げミラーとする。本例において、照明光学系３は第１の レンズプレート２１及び第２のレンズプレート２３を有する積分光学系１９を具 える。第１の反射手段は第２のレンズプレート２３の面２９に位置する。 図９に示すように、第１の反射手段はこれらのレンズ間に存在する反射区域３ ３の形態としてレンズプレート２３と一体化することができる。各表示パネルに はこのような反射区域を設ける。第１の反射手段は、レンズプレート２３の面に 位置し図７及び図８と同様な個別の反射素子により構成することができる。第２ の反射手段はコレストリック偏光子３９を具える。各カラーチャネルは、放射源 から見て表示パネルの前面にコレストリック偏光子を具える。このコレストリッ ク偏光子は、照明光学系の一部と見なすことできる。第２の反射手段がコレスト リック偏光子を具える場合、第１の反射手段は鏡面反射器として設ける必要があ る。第２の反射手段も表示パネルの受動部分と少なくとも部分的に一致する複数 の反射区域を具えることができる。第２の反射手段がダイクロイックミラーパタ ーンを具える実施例はこの場合適用することができない。この理由は、表示パネ ルが単色パネルであるからである。 第２の反射手段は、カラーチャネル毎に反射性偏光子と反射区域が形成されて いる表示パネルとの組合せとすることができる。この場合、第１の反射手段は、 表示パネルにより反射された光が第１の反射手段で反射する際その偏光方向を変 化しないように設定し、偏光子により反射した光の偏光方向は変換する必要があ る。 カラー合成のために個別のダイクロイックミラーを用いる代わりに、この合成 光学系はダイクロイックミラーが互いに交差するプリズム光学系として設けるこ とができる。この場合、これらのミラーは極めて平坦なものとすることができる 。この理由は、これらのミラーが比較的厚い研磨された基板上に存在するからで ある。さらに、特に小型化した画像投射装置において、２個のダイクロイックミ ラー間の界面はほとんど視認することができない。照明ビームはこの光学系にお いて比較的大きく発散するからである。図１０はこの実施例を示す。 図１０は本発明を利用できる画像投射モジュールを有する画像投射装置１の側 面図である。放射源５から放出された偏光していない光は、それぞれ原色に対応 する３個のカラーチャネルを形成するダイクロイッククロス７１に入射する。こ の場合、結像性能はあまり重要ではないため、ダイクロイッククロス７１はダイ クロイックミラーを空気中に有することができる。この図１０は１個のカラーチ ャネルだけを示す。他のカラーチャネルは図面の上側及び下側に存在する。各カ ラーチャネルは光路を折り曲げる第１のミラー７５を収納する。光は積分光学系 ７３を通過し、レンズ系３１及び第２のミラーを経て表示パネル７９に入射する 。各カラーチャネルの光が対応する表示パネルにより変調された後、第２のダイ クロイックミラー８１により合成され投影レンズ系８３により投影される。 表示パネルの不所望な位置に入射する光又は各カラーチャネルでの画像形成の 寄与に対して不所望な光学特性の光に対する第２の機会についての動作原理は、 画像投射モジュールの光路についての上述した説明と同様であるので、図面につ いての上述した説明を参考にする。 ３個のカラーチャネルの各光路は本発明に基づいて構成することができる。図 １０で説明した実施例の利点は、第２のレンズプレートと照明光学系の出射窓と の間にダイクロイックミラーが存在しないことである。 図１１は本発明による画像投射装置の別の実施例を示し、この実施例では表示 パネルを反射型表示パネルとする。照明光学系３から到来する偏光していない光 は、レンズ系３１及びλ／４波長板８５を経て偏光ビームスプリッタ８７に入射 する。一方の偏光方向の光はビームスプリッタ８７の偏光面８９を通過し、光源 からのビームの他方の偏光方向の光は偏向される。図１１に示す実施例は２個の 表示パネル８９，９１を有する。これらの表示パネルは反射型とする。表示パネ ル８９は、例えば赤の光だけを変調するパネルとする。光の損失を制限するため 、赤の光を透過し緑及び青の光を反射するダイクロイックミラー９３を表示パネ ル８９の前面に配置する。変調の結果として、赤の光の偏光方向は変化し、偏光 方向を変化した光は投影レンズ１７に向けて偏向する。表示パネル９１は、例え ば青及び緑の両方の光を変調するパネルとする。緑の光を透過し青及び赤の光を 反射するダイクロイックミラー９５を表示パネル９１の後段に設ける。この場合 、偏光方向は変調により変化するので、ビームスプリッタ８７は変調された光を 投影レンズ１７に向けて透過する。 表示パネル９１は、画素に青及び緑の透過性フィルタが設けられているパネル とすることができる。或いは、この表示パネル画像情報に応じて青及び緑のビー ムを時間順次で変調することができ、このパネルを介してスクリーン上に結像さ れた光は時間的に同期し緑及び青の光だけが阻止される。 この２個のカラー用に１個の表示パネルを用い第３のカラー用に第２の表示パ ネルを用いる実施例の利点は、単色表示パネルのカラーにおける高い解像度が達 成でき又はランプのスペクトラル効率の最適化が達成できる。３個のカラーは、 勿論２個の表示パネル上に異なる方法で分布させることができる。 変形例として、単色表示パネルが組み合わされた１個の３カラーパネルを用い ることができる。この場合、カラーパネルの前段のダイクロイックミラーを省略 することができる。この構成により、所定のカラーにピーク輝度を特別な輝度と することができる。 別の取り得る組合せは、２個の３カラーパネル又は１個の３カラーパネルと１ 個の黒−白パネルとの組合せである。 上述した全ての実施例において、光路は本発明による画像投射モジュールの光 路と同様に設定することができる。この場合、表示パネルにより反射した光が入 射する第１の反射手段の位置はその偏光状態を維持する必要がある。 図２、５（ａ）、５（ｂ）、５（ｃ）、７、８、９及び１０の全ては、２個の レンズプレートを有する積分光学系に基づいて説明したが、これらの実施例は光 学的に透明なバーとしてこれらした積分光学系を有することもできる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．放射源を含む照明光学系と、照明光学系から発生した照明ビームを画像情報 により変調する少なくとも１個の表示パネルを有する画像表示光学系とを具え、 前記照明光学系が、出射面に位置する出射表面を有する積分光学系を具える画像 投射モジュールにおいて、第１の反射手段が前記積分光学系の出射面に存在し、 第２の選択的な反射手段がモジュールに存在し、前記積分光学系の出射面を前記 第２の反射手段を介して前記第１の反射手段に少なくとも部分的に結像する光学 系を前記第１の反射手段と第２の反射手段との間に配置したことを特徴とする画 像投射モジュール。 ２．請求項１に記載の画像投射モジュールにおいて、前記積分光学系が第１及び 第２のレンズプレートを有し、第２のレンズプレートの複数のレンズが全体とし て前記積分光学系の出射面を構成することを特徴とする画像投射モジュール。 ３．請求項２に記載の画像投射モジュールにおいて、前記第１の反射手段が、前 記第２のレンズプレートに存在する複数の反射区域を有することを特徴とする画 像投射モジュール。 ４．請求項２に記載の画像投射モジュールにおいて、前記第１の反射手段が、前 記第２のレンズプレートに隣接し前記積分光学系の出射面に位置する少なくとも １個の反射素子を有することを特徴とする画像投射モジュール。 ５．請求項１に記載の画像投射モジュールにおいて、前記積分光学系が光学的に 透明なバーを有し、このバーの前記放射源から離れた側の端面が積分光学系の出 射面を構成することを特徴とする画像投射モジュール。 ６．請求項５に記載の画像投射モジュールにおいて、前記第１の反射手段が、前 記バーの端面に隣接し前記積分光学系の出射面に位置する少なくとも１個の反射 素子を有することを特徴とする画像投射モジュール。 ７．請求項１から６までのいずれか１項に記載の画像投射モジュールにおいて、 前記第２の反射手段の面が光軸に対して９０゜以外の角度をなし、前記光学系が 第１及び第２のレンズを有し、前記第１のレンズにより形成される積分光学系の 出射面の像が前記第２のレンズの焦点面に位置することを特徴とする画像 投射モジュール。 ８．請求項１から７までのいずれか１項に記載の画像投射モジュールにおいて、 前記第２の反射手段が、前記表示パネルにより少なくとも部分的に積分される複 数の反射区域を有することを特徴とする画像投射モジュール。 ９．請求項１から８までのいずれか１項に記載の画像投射モジュールにおいて、 前記第２の反射手段が、ダイクロイックな反射素子のパターンを具え、このパタ ーンが表示パネルの画素パターンに対応することを特徴とする画像投射モジュー ル。 10．請求項９に記載の画像投射モジュールにおいて、マイクロレンズアレイが前 記表示パネルの照明側に配置され、前記ダイクロイック素子がマイクロレンズア レイの焦点面に位置することを特徴とする画像投射モジュール。 11．請求項９に記載の画像投射モジュールにおいて、マイクロレンズアレイが前 記表示パネルの照明側に配置され、前記ダイクロイック素子がマイクロレンズア レイ上に位置することを特徴とする画像投射モジュール。 12．請求項８に記載の画像投射モジュールにおいて、前記第２の反射手段が、前 記表示パネルの受動画素部分と少なくとも部分的に一致する複数の反射区域を有 することを特徴とする画像投射モジュール。 13．請求項８、９、１０、１１又は１２に記載の画像投射モジュールにおいて、 前記積分光学系の出射面が前記第２の反射手段にほぼ平行にされ、積分光学系の 出射面の反射性部分が積分光学系の出射表面の２倍の大きさの表面を有すること を特徴とする画像投射モジュール。 14．請求項８、９、１０）１１又は１２に記載の画像投射モジュールにおいて、 前記積分光学系の出射面が前記第２の反射手段にほぼ平行にされ、積分光学系の 出射面の反射性部分が積分光学系の出射表面の３倍の大きさの表面を有すること を特徴とする画像投射モジュール。 15．請求項１から１４までのいずれか１項に記載の画像投射モジュールにおいて 、前記第２の反射手段が、前記照明光学系と表示パネルとの間に配置した反射性 偏光子を具え、前記第１の反射手段上に又はその近傍に偏光変換手段が存在する ことを特徴とする画像投射モジュール。 16．請求項１５に記載の画像投射モジュールにおいて、前記偏光子を線形レトロ ダイレクティブ偏光子としたことを特徴とする画像投射モジュール。 17．請求項１５に記載の画像投射モジュールにおいて、前記偏光子をコレストリ ック偏光子としたことを特徴とする画像投射モジュール。 18．請求項１５に記載の画像投射モジュールにおいて、前記偏光子を偏光ビーム スプリッタとしたことを特徴とする画像投射モジュール。 19．前記第２の反射手段が直線偏光子だけから構成される請求項１６に記載の画 像投射モジュールにおいて、前記第１の反射手段を鏡面反射性とし、λ／４波長 板が前記第１の反射手段上に又はその近傍に存在することを特徴とする画像投射 モジュール。 20．前記第２の反射手段が、直線偏光子を具えると共に複数の反射区域を前記表 示パネル上に又はその近傍に有する請求項１６に記載の画像投射モジュールにお いて、λ／４波長板が、前記直線偏光子で反射した光の光路中に存在し、前記第 １の反射手段を、少なくとも前記直線偏光子により反射した光が入射する位置に おいて鏡面反射性としたことを特徴とする画像投射モジュール。 21．前記第２の反射手段がコレストリック偏光子だけから構成される請求項１７ に記載の画像投射モジュールにおいて、前記第１の反射手段を鏡面反射性とした ことを特徴とする画像投射モジュール。 22．前記第２の反射手段が、コレストリック偏光子を具えると共に複数の反射区 域を前記表示パネル上に又はその近傍に有する請求項１７に記載の画像投射モジ ュールにおいて、λ／４波長板が、前記反射区域で反射した光の光路中に存在す ることを特徴とする画像投射モジュール。 23．前記第２の反射手段が、コレストリック偏光子を具えると共に複数の反射区 域を前記表示パネル上に又はその近傍に有する請求項１７に記載の画像投射モジ ュールにおいて、前記コレストリック偏光子の偏光回転方向と反対の偏光回転方 向を有すると共に前記第１の反射手段上に又はその近傍に位置するコレストリッ ク素子が、前記反射区域で反射した光の光路中に存在することを特徴とする画像 投射モジュール。 24．前記第２の反射手段が、複数の反射区域を前記表示パネル上に又はその近傍 に有する請求項１５、１６、１７、１８、２０、２２又は２３に記載の画像投射 モジュールにおいて、前記反射性偏光子の面及び表示パネルの反射区域の面の両 方が光軸に対して９０゜以外の角度をなすと共に互いにある角度をなすことを特 徴とする画像投射モジュール。 25．請求項１７、２１、２２、２３又は２４に記載の画像投射モジュールにおい て、前記コレストリック偏光子が液晶高分子材料の単一の層を有し、この層の内 部において分子の螺旋のピッチが、少なくとも全可視波長域にわたるのに必要な 反射帯域の下側限界及び上側限界にそれぞれ対応する２個の値の間で変化するこ とを特徴とする画像投射モジュール。 26．請求項１７、２１、２２、２３、２４又は２５に記載の画像投射モジュール において、前記コレストリック偏光子と表示パネルとの間にλ／４波長板が存在 することを特徴とする画像投射モジュール。 27．前記積分光学系が第１及び第２のレンズプレートを有する請求項１から２６ までのいずれか１項に記載の画像投射モジュールにおいて、前記第２のレンズプ レートを半円形又は１／４円形とし、前記照明光学系を、第２のレンズプレート の位置において半円形又は１／４円形の照明ビームを形成するように構成したこ とを特徴とする画像投射モジュール。 28．前記積分光学系が第１及び第２のレンズプレートを有する請求項１から２７ までのいずれか１項に記載の画像投射モジュールにおいて、前記第１のレンズプ レートのレンズが前記表示パネルのアスぺクト比に対応するアスペクト比を有す ることを特徴とする画像投射モジュール。 29．照明光学系と、この照明光学系から発生した照明ビームを変調する画像表示 光学系とを具える画像投射モジュールにおいて、前記画像表示光学系が２個の表 示パネルを具え、一方の表示パネルは単色光ビームを変調するのに好適なものと し、他方の表示パネルは少なくとも２個のことなる単色光ビームを変調するのに 好適なものとし、これら表示パネルの前段に当該表示パネルにより変調される光 ビームの波長に対応する透過波長を有するダイクロイックフィルタを配置し、放 射源と当該表示パネルとの間の各光路を、請求項１から２８のいずれか１項に記 載の放射源と表示パネルとの間の光路と同様に構成したことを特 徴とする画像投射モジュール。 30．照明光学系と、この照明光学系から発生した照明ビームを変調する画像表示 光学系とを具える画像投射モジュールにおいて、前記画像表示光学系が２個のカ ラー表示パネルを具え、放射源と当該カラー表示パネルとの間の各光路を、請求 項１から２８のいずれか１項に記載の放射源と表示パネルとの間の光路と同様に 構成したことを特徴とする画像投射モジュール。 31．照明光学系と、この照明光学系から発生した照明ビームを変調する画像表示 光学系とを具え、前記画像表示光学系が３個の単色表示パネルを具え、照明光学 系からの光ビームを３個の原色のサブビームに分離することにより、各カラーチ ャネルが各単色表示パネルに対応する３個のカラーチャネルを構成する手段を設 けると共に、各表示パネルにより変調した後前記サブビームを合成する手段を設 けた画像投射モジュールにおいて、各カラーチャネルを、請求項１から２８まで のいずれか１項に記載の画像投射モジュールの放射源と表示パネルとの間の光路 と同様に構成したことを特徴とする画像投射モジュール。 32．請求項３１に記載の画像投射モジュールにおいて、前記変調された単色サブ ビームをを合成する手段を、互いに交差する２個のダイクロイックミラーを有す るダイクロイックプリズムで構成したことを特徴とする画像投射モジュール。 33．請求項１から３２までのいずれか１項に記載の画像投射モジュールにおいて 、前記画像表示光学系を反射型画像表示光学系としたことを特徴とする画像投射 モジュール。 34．全体として画像投射モジュールを構成する照明光学系と画像表示光学系とを 具えると共に、投射レンズ系が設けられた画像投射装置において、前記画像投射 モジュールを請求項１から３３のいずれか１項に記載のように構成したことを特 徴とする画像投射装置。 35．請求項３４に記載の画像投射装置において、前記第２のレンズと投射レンズ 系との間に、前記積分光学系の出射面を投射レンズ系の入射瞳に結像する第３の レンズを配置したことを特徴とする画像投射装置。 36．前記第２の反射手段がコレストリック偏光子を有する請求項３５に記載の画 像投射装置において、前記コレストリック偏光子を前記第２のレンズと第３の レンズとの間に配置したことを特徴とする画像投射装置。