JP2001083603A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 第１のフライアイレンズから第２のフライア
イレンズへと照射される集光スポットのずれを良好に補
正することができ、もって、照明効率を向上させること
ができる投射型画像表示装置を提供する。 【解決手段】 ２つのフライアイレンズのセルは正方配
列されている。第２のフライアイレンズ５０のセル５０
ａは、光の入射面５０inにて、ｘ方向に偏心しており、
かつ、光の出射面５０outにて、ｙ方向に偏心してい
る。セル５０ａの曲率中心位置は、入射面５０in及び出
射面５０outにて、ｘ向及びｙ方向に直線状に並んでい
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、フライアイレンズ
を備えた投射型画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】投射型画像表示装置に含まれる照明光学
系は、照明の均一性と照明効率の高さが要求される。そ
こで、最近の投射型画像表示装置においては、フライア
イレンズによって構成されたインテグレータを備えるこ
とが一般的である。図７は、フライアイレンズを備えた
一般的な投射型画像表示装置の概略構成を示す図であ
る。

【０００３】図７において、光源であるランプ１より発
せられた光は反射鏡２及びコリメータレンズ３によって
集光されて、第１のフライアイレンズ４に入射される。
フライアイレンズ４より出射した光は、第２のフライア
イレンズ５に入射される。フライアイレンズ４，５は複
数のセル４ａ，５ａよりなり、フライアイレンズ４のセ
ル４ａで分割された光束は、それぞれのセル４ａに対応
するフライアイレンズ５のセル５ａに集光する。４in，
５inは光の入射面であり、４out，５outは光の出射面で
ある。フライアイレンズ４，５によって分割された光束
は、コンデンサレンズ６によって、液晶パネル等の照明
範囲７上に重ね合わされる。

【０００４】この種のフライアイレンズを備えた投射型
画像表示装置では、フライアイレンズ４，５による分割
光束に強度分布があっても、照明範囲７上に重ね合わせ
ると均一化されるので、均一な照明光を得ることができ
る。また、光束を照明範囲の形状に合わせて分割するの
で、照明効率が高くなる。なお、フライアイレンズ４，
５は、図８に示すように、略矩形状のセル４ａ，５ａを
縦方向及び横方向に直線状に配列するいわゆる正方配列
とする。この場合、フライアイレンズ５上の集光スポッ
トも、セル５ａの正方配列に合わせて正方配列となるよ
うにすると、照明効率は最大となる。

【０００５】しかしながら、ランプ１の発光点に大きさ
があって理想的な点光源ではないことや、反射鏡２やコ
リメータレンズ３の収差等により、フライアイレンズ４
を照明する光束は、理想的な平行光ではなく、光軸Ｌｓ
からの高さ（図７の上下方向）によって向きが異なって
いる。フライアイレンズ４からフライアイレンズ５へと
光束を伝達するとき、集光スポットがフライアイレンズ
５の各セル５ａからはみ出してしまうと迷光となり、照
明効率が劣化する。

【０００６】図９は、フライアイレンズ４の各セル４ａ
よりフライアイレンズ５の各セル５ａへと照射される集
光スポットＳを示しており、図中ｘ方向は図７の紙面と
直交する方向、ｙ方向は図７の上下方向である。ここで
は、フライアイレンズ５を４分割した１つを示してお
り、原点は光軸Ｌｓである。この図９において、Ｃx1〜
Ｃx4は、フライアイレンズ５の各セル５ａの中心をそれ
ぞれｙ方向に結ぶ線であり、Ｃy1〜Ｃy3はフライアイレ
ンズ５の各セル５ａの中心をｘ方向に結ぶ線である。

【０００７】フライアイレンズ５の各セル５ａに照射さ
れる集光スポットＳは図示のように楕円となる。Ｃsxは
集光スポットＳの中心をそれぞれｙ方向に結ぶ線であ
り、Ｃsyは集光スポットＳの中心をｘ方向に結ぶ線であ
る。集光スポットＳの中心が、フライアイレンズ５の各
セル５ａの中心へと照射されることが望ましいが、セル
４ａ，５ａが正方配列の場合には、図９に矢印で示すよ
うに、Ｃsx，Ｃsyは、Ｃx1〜Ｃx4，Ｃy1〜Ｃy3よりずれ
てしまう。しかも、集光スポットＳの形状も位置に応じ
て変化する。

【０００８】そこで、従来は、図１０の（Ａ）に斜視
図、（Ｂ）に断面図にて示すように、フライアイレンズ
５の各セル５ａの中心（頂点）を、各セル５ａの幅Ｈの
中心に対してｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４のようにずらす、
いわゆる偏心させていた。なお、図１０（Ａ），（Ｂ）
において、左右方向がｘ方向であり、図１０（Ａ）の奥
行き方向がｙ方向である。この場合、各セル５ａ間には
段差が生じる。各セル５ａを偏心させることにより、そ
れぞれの位置における集光スポットＳがｘ方向に補正さ
れる。図１２は、集光スポットＳをｘ方向に補正した状
態を示している。これにより、Ｃx1〜Ｃx4をＣsxに一致
させることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、フライアイ
レンズ５はプレス成形にて製造するため、図１０に示す
ような各セル５ａ間に段差があるフライアイレンズ５を
製造することが困難である。そこで、図１０に示すよう
な各セル５ａを偏心させたフライアイレンズ５をプレス
成形にて製造するには、図１１に示すように、各セル５
ａ間に面弛れのあるフライアイレンズ５となってしま
う。このように面弛れが存在すると、ｈ１，ｈ２，ｈ
３，ｈ４で示す各セル５ａの有効領域に隣接して、ｅ
１，ｅ２，ｅ３，ｅ４なる無効領域が発生してしまう。
無効領域は、照明効率の劣化を招くという問題点があっ
た。

【００１０】さらに、従来においては、集光スポットＳ
をｘ方向にしか補正していなかったので、図１２に示す
ように、集光スポットＳのｙ方向のずれは依然として残
っており、これも照明効率の劣化の原因となっていた。

【００１１】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、第１，第２のフライアイレンズを備えた投
射型画像表示装置において、第１のフライアイレンズか
ら第２のフライアイレンズへと照射される集光スポット
のずれを良好に補正することができ、もって、照明効率
を向上させることができる投射型画像表示装置を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した従来
の技術の課題を解決するため、複数のセル（４ａ）より
なり、光源（１）からの光を分割する第１のフライアイ
レンズ（４）と、複数のセル（５０ａ）よりなり、前記
第１のフライアイレンズのセルより出射した光が入射さ
れる第２のフライアイレンズ（５０）とを備えた投射型
画像表示装置において、前記第１及び第２のフライアイ
レンズのセルは正方配列されており、前記第２のフライ
アイレンズのそれぞれのセルは、光の入射面にて、前記
入射面を構成する第１の方向に偏心しており、かつ、光
の出射面にて、前記第１の方向に直交する第２の方向に
偏心しており、前記それぞれのセルの曲率中心位置は、
前記入射面及び前記出射面にて、前記第１の方向及び前
記第２の方向に直線状に並んでいることを特徴とする投
射型画像表示装置を提供するものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の投射型画像表示装
置について、添付図面を参照して説明する。図１は本発
明の投射型画像表示装置で用いるフライアイレンズにお
ける光の入射面側の構成例を示す図、図２〜図５は本発
明の投射型画像表示装置で用いるフライアイレンズにお
ける光の出射面側の第１〜第４の構成例を示す図、図６
は本発明の投射型画像表示装置による効果を説明するた
めの図である。

【００１４】本発明の一実施例となる投射型画像表示装
置の全体構成は、図７と同様である。本発明は、図７に
おける２つのフライアイレンズ４，５の内、第２のフラ
イアイレンズ５の構成に特徴がある。従来の構成と本発
明の構成とを区別するため、本発明となる第２のフライ
アイレンズをフライアイレンズ５０と称し、そのセルを
５０ａと称することとする。フライアイレンズ４，５０
は複数の略矩形状のセル４ａ，５０ａよりなり、正方配
列となっている。フライアイレンズ５０は、フライアイ
レンズ４からの光が入射する入射面５０inと光が出射す
る出射面５０outの双方に構造的な特徴があり、以下、
入射面inと出射面outそれぞれについて順次説明する。

【００１５】図１において、（Ａ）はフライアイレンズ
５０の入射面inを示す斜視図、（Ｂ）はその断面図であ
る。ここでは、簡略化のため、出射面outを単純な平面
として図示しているが、出射面outにも構造的特徴を有
することは後述の通りである。フライアイレンズ５０の
各セル５０ａの中心（頂点）を、各セル５０ａの幅Ｈの
中心に対してｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４のようにずらして
おり、偏心させている。図１（Ａ），（Ｂ）において、
左右方向がｘ方向であり、図１（Ａ）の奥行き方向がｙ
方向である。この場合、各セル５０ａ間に段差が生じな
いよう、次のように構成している

【００１６】各セル５０ａの高さ、即ち、フライアイレ
ンズ５０の厚さが一定となるよう各セル５０ａを連結し
てしまうと、図１０（Ａ），（Ｂ）のように段差が生じ
てしまう。そこで、本発明では、隣接するセル５０ａの
接合部に段差を形成せず、セル５０ａの入射面５０inが
連続するよう、各セル５０ａの偏心に合わせて各セル５
０ａの高さを変位させている。従って、従来のように、
各セル５０ａ間に面弛れが生じず、無効領域が発生して
しまうことがなく、照明効率の劣化を招くことがない。
勿論、図１２で説明したように、集光スポットＳがｘ方
向に補正される。なお、入射面５０inにおいて、フライ
アイレンズ５０の各セル５０ａは、ｘ方向及びｙ方向共
に曲率中心位置が直線状に並んでいる。

【００１７】ところで、図１（Ａ），（Ｂ）の例では、
各セル５０ａを外側方向に偏心させているので、フライ
アイレンズ５０の入射面５０inは全体として凹面状とな
っている。各セル５０ａを内側方向に偏心させると、フ
ライアイレンズ５０の入射面５０inは全体として凸面状
となる。

【００１８】次に、フライアイレンズ５０の出射面５０
out側の第１〜第４の構成例について、図２〜図５を用
いて順次説明する。図２〜図５において、（Ａ）はフラ
イアイレンズ５０の全体を示す斜視図、（Ｂ）はｘ方向
の断面図、（Ｃ）はｙ方向の断面図である。なお、図２
〜図５の（Ｂ）に示すｘ方向の断面図は、図１（Ａ），
（Ｂ）の場合とは逆に、フライアイレンズ５０の入射面
５０in（図中上側）が全体として凸面状となるよう偏心
させた場合を示しており、簡略化のため、出射面５０ou
t側（図中下側）を単純な平面もしくは略平面状に図示
している。また、図２〜図５の（Ｃ）に示すｙ方向の断
面図は、主として出射面５０out側（図中左側）の形状
を説明するためのものであり、簡略化のため、入射面５
０in側（図中右側）を略平面状に図示している。

【００１９】図２に示す例は、出射面５０outを、光軸
Ｌｓ上に曲率中心を有する単一のシリンドリカル面より
なる凸面とした場合である。フライアイレンズ５０の各
セル５０ａは、光軸Ｌｓを中心として、ｙ方向にｓ１′
ｓ２′，ｓ３′のように偏心している。このように、本
発明は、先に説明したように、入射面５０inにおいて
は、各セル５０ａをｘ方向に偏心させ、出射面５０out
においては、各セル５０ａをｘ方向とは直交したｙ方向
に偏心させたことに特徴を有する。

【００２０】図３に示す例は、出射面５０outを、ｙ方
向のセル５０ａ毎に分割された傾斜平面を連結して全体
として図２のようなシリンドリカル面に近似した凸面と
した場合である。この場合も、フライアイレンズ５０の
各セル５０ａは、光軸Ｌｓを中心として、ｙ方向にｓ
１′ｓ２′，ｓ３′のように偏心している。

【００２１】図４に示す例は、出射面５０outを、ｙ方
向のセル５０ａ毎に分割されたシリンドリカル面を連結
して全体として図２のようなシリンドリカル面に近似し
た凸面とした場合である。この場合、フライアイレンズ
５０の各セル５０ａは、それぞれのシリンドリカル面に
おいて、ｙ方向にｓ１′ｓ２′，ｓ３′のように偏心し
ている。ｙ方向のセル５０ａ毎に分割されたシリンドリ
カル面の偏心量ｓ１′ｓ２′，ｓ３′は、光軸Ｌｓから
のｙ方向の距離により決定される。

【００２２】図５に示す例は、出射面５０outを、セル
５０ａ毎に球面を連結して全体として図２のようなシリ
ンドリカル面に近似した凸面とした場合である。この場
合、フライアイレンズ５０の各セル５０ａは、それぞれ
の球面において、ｙ方向にｓ１′ｓ２′，ｓ３′のよう
に偏心している。各セル５０ａそれぞれの球面の偏心量
ｓ１′ｓ２′，ｓ３′は、光軸Ｌｓからのｙ方向の距離
により決定される。図２〜図５のように、ｙ方向に偏心
させた出射面５０outは、プリズムとして光束を偏光さ
せる働きをする。

【００２３】他の実施例として、以下の数１に示すよう
に、光軸Ｌｓ方向（ｚ方向）に関して、ｙを変数とする
３次以上の高次係数を有する曲面としてもよい。なお、
数１において、ｃは曲率、ｋは二次円錐係数、α，β，
γ，δ…は定数である。

【００２４】

【数１】

【００２５】以上のように形成されるフライアイレンズ
５０の出射面５０outにおいても、各セル５０ａは、ｘ
方向及びｙ方向共に曲率中心位置が直線状に並んでい
る。

【００２６】本発明では、フライアイレンズ５０の入射
面５０inにおいて、その面を構成する１つの方向（ｘ方
向）に対して各セル５０ａを偏心させ、フライアイレン
ズ５０の出射面５０outにおいては、その１つの方向に
直交する方向（ｙ方向）に対して各セル５０ａを偏心さ
せているので、フライアイレンズ４の各セル４ａよりフ
ライアイレンズ５０の各セル５０ａへと照射される集光
スポットＳは、図６に示すように、ｘ方向及びｙ方向双
方に補正される。

【００２７】即ち、ｘ方向においては、Ｃx1〜Ｃx4をＣ
sxに一致させることができ、ｙ方向においては、Ｃy1〜
Ｃy3をＣsyに一致させることができる。従って、集光ス
ポットＳはフライアイレンズ５０の各セル５０ａからは
み出すことがなく、照明効率が向上する。

【００２８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の投
射型画像表示装置は、第１及び第２のフライアイレンズ
のセルは正方配列されており、第２のフライアイレンズ
のそれぞれのセルは、光の入射面にて、入射面を構成す
る第１の方向に偏心しており、かつ、光の出射面にて、
第１の方向に直交する第２の方向に偏心しており、それ
ぞれのセルの曲率中心位置は、入射面及び前記出射面に
て、第１の方向及び第２の方向に直線状に並んでいるの
で、第１のフライアイレンズから第２のフライアイレン
ズへと照射される集光スポットのずれを良好に補正する
ことができ、もって、照明効率を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いるフライアイレンズにおける光の
入射面側の構成例を示す図である。

【図２】本発明で用いるフライアイレンズにおける光の
出射面側の第１の構成例を示す図である。

【図３】本発明で用いるフライアイレンズにおける光の
出射面側の第２の構成例を示す図である。

【図４】本発明で用いるフライアイレンズにおける光の
出射面側の第３の構成例を示す図である。

【図５】本発明で用いるフライアイレンズにおける光の
出射面側の第４の構成例を示す図である。

【図６】本発明による効果を説明するための図である。

【図７】フライアイレンズを備えた投射型画像表示装置
の概略構成を示す図である。

【図８】フライアイレンズのセルの正方配列を示す図で
ある。

【図９】補正する前の集光スポットを示す図である。

【図１０】従来例で用いていたフライアイレンズにおけ
る光の入射面側の構成例を示す図である。

【図１１】従来例で用いていたフライアイレンズにおけ
る光の入射面側の実際の構成例を示す図である。

【図１２】従来例による効果を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ ランプ ２ 反射鏡 ３ コリメータレンズ ４，５０ フライアイレンズ ４ａ，５０ａ セル ４in，５０in 入射面 ４out，５０out 出射面 ６ コンデンサレンズ ７ 照明範囲 Ｌｓ 光軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のセルよりなり、光源からの光を分割
   する第１のフライアイレンズと、複数のセルよりなり、
   前記第１のフライアイレンズのセルより出射した光が入
   射される第２のフライアイレンズとを備えた投射型画像
   表示装置において、 前記第１及び第２のフライアイレンズのセルは正方配列
   されており、 前記第２のフライアイレンズのそれぞれのセルは、光の
   入射面にて、前記入射面を構成する第１の方向に偏心し
   ており、かつ、光の出射面にて、前記第１の方向に直交
   する第２の方向に偏心しており、 前記それぞれのセルの曲率中心位置は、前記入射面及び
   前記出射面にて、前記第１の方向及び前記第２の方向に
   直線状に並んでいることを特徴とする投射型画像表示装
   置。