JP2001337286A - カラー画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単板式画像表示装置、単板式投写型画像表示
装置においてカラー表示を行うにあたり、ライトバルブ
の高解像度を維持すると同時に光利用率の高効率化を実
現する。 【解決手段】 光源からの赤緑青の各色光をライトバル
ブ上において各色光ごとに帯状に照明するよう導き、し
かも帯状照明を連続的に移動せしめ、各色光の照明域に
適合した色信号に合わせてライトバルブを駆動すること
でカラー表示する装置であり、光源からの色光を色光ご
との集光光学系で回転多面鏡に導き、回転多面鏡で走査
を行い、走査光学系によりライトバルブに最適化照明す
ることを特徴として構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は変調手段であるライ
トバルブ１枚でカラー表示を行う画像表示装置、あるい
は投写型画像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在大型映像市場の主力である液晶プロ
ジェクターとは液晶パネル（ライトバルブ）の画像を光
源ランプと集光・投写レンズを用いてスクリーン上に拡
大、結像させるものである。現在実用化されている方式
は３板式と単板式の大きく２つに分けることが出来る。

【０００３】前者の３板式液晶プロジェクターは白色光
源からの光を色分解光学系により赤緑青の３原色の色光
に分光した後、それらの光を３枚のモノクロ液晶パネル
により変調し、３原色の画像を形成する。これらに画像
は色合成光学系で合成されて１つの投写レンズでスクリ
ーン上に投写される。この方式はランプの全スペクトル
を利用できるため光利用率は高いが３枚の液晶パネル、
色分解色合成光学系、液晶パネル間のコンバージェンス
調整機構を必要とするため比較的高価である。

【０００４】これに対し従来の単板式液晶プロジェクタ
ーはモザイク状のカラーフィルター付き液晶パネルを単
純にスクリーンに拡大投写するだけなのでコンパクトで
低価格である。しかしながらこの方式では光源からの白
色光のうち、色選択手段であるカラーフィルターにおい
て不要な色光を吸収することによって所望の色を得てい
るため液晶パネルに入射した白色光は１／３以下しか透
過せず光利用率が低い。光源を明るくすることは表示画
像の明るさを向上させる１つの方法であるがカラーフィ
ルターの光吸収による発熱及び耐光性に対する問題が残
されており、高輝度化を図る上で大きな障害となってい
る。

【０００５】近年この単板式においてカラーフィルター
に依る光ロスをなくす手段としてカラーフィルターの代
わりにダイクロイックミラーとマイクロレンズアレイに
よって光利用率を高めた新しい構成が提案され、商品化
もなされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここでダイクロイック
ミラーとマイクロレンズアレイを用いた高効率単板型に
ついて説明する。図１７は従来例の構成図、図１８はラ
イトバルブ詳細図である。投写型画像装置１００は光源
部１０１からの白色光をライトバルブ１０２有効域上に
照射する照明装置１０３と、照明装置１０３からの白色
光を赤反射ダイクロイックミラー１０４、緑反射ダイク
ロイックミラー１０５、全反射ミラー１０６に斜めに入
射せしめることで赤、緑、青の３原色を水平方向に分解
後ライトバルブ１０２有効域上に導く色分解光学系１０
７、１つの素子で赤、緑、青の各色光に対する入力信号
に対しそれぞれ独立して入射光を変調できる各色用画素
を水平方向に配列してからなる透過型ライトバルブ１０
２と、投写レンズ１０８とからなっている。

【０００７】光源１０１から射出された白色光は照明装
置１０３により色分解光学系１０７に導かれる。ここに
入射した光のうち赤色光は入射光に対し斜めに設けられ
た赤反射ダイクロイックミラー１０４により反射され光
軸１０９上を進む。赤反射ダイクロイックミラー１０４
を透過した光のうち緑色光は入射光に対し斜めに設けら
れた緑反射ダイクロイックミラー１０５により反射され
光軸１１０上を進み、ここを透過した青色光は反射ミラ
ー１０６に入射後反射せしめられ光軸１１１上を進む。
コンデンサーレンズ１１２を透過した光軸１０９上の赤
色光，光軸１１０上の緑色光、光軸１１１上の青色光は
透過型ライトバルブ１０２に至る。透過型ライトバルブ
１０２の入射面側には偏光子である入射側偏光板１１３
が設けられており入射光のうち、任意の偏光方向の光の
みがここを透過する。

【０００８】透過光は水平方向に赤色用画素開口１１
４、緑色用画素開口１１５、青色用画素開口１１６の幅
に相当する大きさからなるマイクロレンズ１１７の集合
体であるマイクロレンズアレイ１１８に入射する。ここ
に入射した光軸１０９を進み入射角θ１をもって斜めに
前記マイクロレンズ１１７に入射した赤色光は赤色用画
素開口１１４に集光せしめられ、光軸１１０を進み主光
線が正面から前記マイクロレンズ１１７に入射した緑色
光は緑色用画素開口１１５に集光せしめられ、光軸１１
１を進み赤色光とは逆方向から入射角θ１をもって斜め
に前記マイクロレンズ１１７に入射した青色光は赤色用
画素開口１１６に集光せしめられる。

【０００９】ここを透過した光は透過型ライトバルブ１
０２の出射面に設けられた出射側偏光板１１９に入射す
る。この出射側偏光板１１９は偏光軸が入射側偏光板１
１３と直交していることから、白表示されるべき画素部
においては液晶層において偏光方向がおよそ９０度変換
されることからここを透過して投写レンズ１０８に至
る。黒表示されるべき画素部においては液晶層において
偏光方向が変換されないことからここで吸収されて投写
レンズ１０８に至らず黒表示となる。この偏光方向の変
換を画素単位で行い画像表示を行っている。

【００１０】このように光利用率を高めた新しい構成の
単板方式では光源からの光を無駄にすることなく３板方
式に近い高光利用効率を実現することが出来る。

【００１１】しかしながらこの構成においてマイクロレ
ンズから画素開口への絞り角の半角をθ２、赤または青
光の主光線が画素開口に入射する入射角をθ３とすると
投写レンズ要求されるＦナンバーは１／（２ｓｉｎ（θ
２＋θ３））より小さく、明るいレンズが求められる。
（実際にはＦ１．０〜Ｆ１．５） これにより単板方式として表示デバイスは１枚となって
も投写レンズの大型化、高コスト化が発生し、３板式に
対する優位性が明確でないのが実状である。

【００１２】さらには光源からの色光を各色光毎に対応
した画素に導くため、高解像度を実現するに画像表示パ
ネルには必要解像度の３倍の解像度が要求され、高コス
ト化を招き、透過型ライトバルブを用いた場合は透過率
が低下してしまう。さらには解像度が低い場合や大きく
拡大した画像においては赤緑青の色が分離して見えてし
まいコンバージェンスのずれたような画質劣化を招いて
しまう。

【００１３】この課題解決について特開平４−３１６２
９６が提案を行っているので以下説明する。この表示装
置は図１９にあるように白色光を発する光源部１２０
と、光源からの光を赤、緑、青の各色光に分解する色分
解光学系１２１と色分解光学系部からの光を帯状に形成
する３つの方形の開口部を持つ開口板からなる照明部１
２２と、照明部からの異なる色光を単一ライトバルブ１
２３（表示パネル）上にそれぞれ走査せしめる走査光学
系１２４、各色光で照明した単一ライトバルブ上の各部
分をアドレスして、当該部分が当該色光に応じた情報を
提供すると共に当該色光を当該情報により変調するライ
トバルブ駆動回路１２５（図にはない）を備えている。

【００１４】前記照明部の色分解光学系１２２は図２０
にあるように、ダイクロイックミラーと反射ミラーから
なっており、光源からの白色光を赤、緑、青の色光とし
て隣接した形で出射する。また、前記走査光学系１２４
はライトバルブ１２３を横切って照明の帯域を移動せし
める。ある色光の帯状照明がライトバルブ１２３有効域
の最上端を越えて通過すると、その色光の帯状照明がラ
イトバルブ１２３有効域の最下端に再び現れる。従っ
て、ライトバルブ１２３有効域の全域のわたって赤、
緑、青各色光の連続走査が可能となる。

【００１５】各色光の帯状照明がライトバルブ１２３有
効域上の所定の画素群を通過するに当たり、その行はそ
の色光に対する適切な情報によってアドレスされてい
る。これはライトバルブの各行が表示すべき映像信号の
各フィールド毎に３回アドレスされることを意味する。
個別の行にそれぞれ書き込む情報は表示すべき画像のそ
の部分の色情報に応じたものになっている。

【００１６】前記ライトバルブ１２３からの光は投写レ
ンズ１２５によって拡大投写されることから、図にはな
いスクリーン１２６上に拡大画像を提供する。

【００１７】このように構成することで白色光源からの
光をほぼ３原色として損失なく使えることから光利用効
率を高く出来ると共に、ライトバルブ上の同一画素で赤
緑青表示が出来ることから、先に示した先行例にあった
色ずれもなく高画質映像を提供すると言うものである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上に示した構成にお
いては、照明部からの各色光は前記４面プリズムへ入射
面と出射面を透過するがこのとき光束は絞られないこと
から前記４面プリズムの端部有効部の大きさを小さくで
きないことによりプリズムは大きく、重くなる。

【００１９】またこれを回動せしめる強力なモーターを
必要とすることからセットの大型化、高価格化を招く。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明による第１の画像表示装置は赤、緑、青の各
色光を射出する光源部と、光源部からの光を回転多面鏡
に導く第１の光学手段と、第１の光学手段によって射出
された光を走査する回転多面鏡と、回転多面鏡からの光
を照明位置に導く第２の光学手段と、前記照明位置に配
置され赤、緑、青の各色信号に応じて入射光を変調可能
な多数の画素からなる画像表示パネルと、画像表示パネ
ルの任意の部分に入射する光の色に対応したアドレスの
画素を入射光の色に合った信号で駆動する画像表示パネ
ル駆動回路からなり、前記第１の光学手段と第２の光学
手段により光源部からの各色光は照明部である画像表示
パネル上に走査方向について有効域のおよそ１／３の幅
からなる短冊状のカラーバンドを形成し、前記第２の光
学手段は結像位置が入射光の角度に比例するものであ
り、前記回転多面鏡の一辺あたりの成す角をθｐとする
と、入射光がおよそθｐで前記第２の光学手段に入射し
た際に照明部である画像表示パネル上の走査方向につい
て最も光線高の高い部分に集光するよう、入射角度によ
って結像位置の高さが決まる構成であり、前記第１の光
学手段によって前記回転多面鏡の反射面上に導かれる光
源部からの各色光の主光線のうち、第一の色光と第２の
色光、第２の色光と第３の色光（第２の色光が中央）は
それぞれおよそ２×θｐ／３の角度を成し、前記光源部
からの各色光の主光線が前記第１の光学手段によって導
かれて前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置の間隔
はおよそθｐ／３に相当する長さであることを特徴とし
て構成させる。

【００２１】本発明による第２の画像表示装置は光源部
と、光源部からの光を部分光に分割しこれを重畳して照
明均一性を向上せしめるインテグレータ光学系と、イン
テグレータ光学系からの光を回転多面鏡に導く第１の光
学手段と、第１の光学手段によって射出された光を走査
する回転多面鏡と、回転多面鏡からの光を照明位置に導
く第２の光学手段と、前記照明位置に配置され赤、緑、
青の各色信号に応じて入射光を変調可能な多数の画素か
らなる画像表示パネルと、画像表示パネルの任意の部分
に入射する光の色に対応したアドレスの画素を入射光の
色に合った信号で駆動する画像表示パネル駆動回路から
なり、前記インテグレータは第１のレンズアレイと第２
のレンズアレイとからなっており、前記第１の光学手段
は第１のレンズと第２のレンズとからなり、前記第１の
レンズアレイは同形状の矩形開口を持つマイクロレンズ
の集合体であり光源からの光を第２のレンズアレイ上に
集光する。前記第２のレンズアレイは前記第１のレンズ
アレイの開口像を前記第１の光学手段の第１のレンズ上
に重畳するよう設計されたマイクロレンズの集合体であ
り、前記第２のレンズは第１のレンズ上の矩形開口像を
前記第２の光学手段を経て照明部である画像表示パネル
上に走査方向について有効域のおよそ１／３の幅からな
る短冊状のカラーバンドを形成するよう構成されてお
り、前記第２の光学手段は結像位置が入射光の角度に比
例するものであり、前記回転多面鏡の一辺あたりの成す
角をθｐとすると、入射光がおよそθｐで前記第２の光
学手段に入射した際に照明部である画像表示パネル上の
走査方向について最も光線高の高い部分に集光するよ
う、入射角度によって結像位置の高さが決まる構成であ
り、前記第１の光学手段によって前記回転多面鏡の反射
面上に導かれる光源部からの各色光の主光線のうち、第
一の色光と第２の色光、第２の色光と第３の色光（第２
の色光が中央）はそれぞれおよそ２×θｐ／３の角度を
成し、前記光源部からの各色光の主光線が前記第１の光
学手段によって導かれて前記回転多面鏡の反射面上に導
かれる位置の間隔はおよそθｐ／３に相当する長さであ
ることを特徴として構成される。

【００２２】ここで、この本発明第２の画像表示装置に
おいて前記第１のレンズは前記第２のレンズアレイ像を
第２のレンズを介して回転反射鏡上に形成するよう設け
て構成できる。

【００２３】前記本発明による第１，２の画像表示装置
において前記第１の光学手段から前記画像表示パネルに
至る光学構成において、走査方向の照明Ｆナンバーに対
し、これに直交する方向でのＦナンバーが大きいことを
特徴として構成できる。

【００２４】また、本発明による第２の画像表示装置は
前記第１の光学手段の第１のレンズ、あるいはその近傍
に矩形の開口部を備えた絞りが備えられていることを特
徴としても構成できる。

【００２５】本発明による第２の画像表示装置は前記イ
ンテグレータ光学系の第２のレンズアレイはマイクロレ
ンズの集合体であり、その集合体（有効部）全体形状は
その像が回転多面鏡上に形成された際に回転方向（走査
方向）に対応する方向について短い形状を成しているこ
とを特徴としても構成される。ここでさらに前記インテ
グレータ光学系の第１のレンズアレイは第２のレンズア
レイ上に各マイクロレンズが形成する光源像が所望の位
置になるよう開口中心と異なる位置に曲率中心をもつマ
イクロレンズを少なくとも複数備えており、前記インテ
グレータ光学系の第２のレンズアレイは前記光源像の大
きさに合わせて設定された開口部を備えたマイクロレン
ズの集合体であることを特徴として構成できる。

【００２６】前記本発明による第２の画像表示装置にお
いて光源は赤、緑、青の各色光を含む白色光を射出し、
インテグレータ光学系と回転多面鏡間には白色光を赤、
緑、青の各色光に分解する色分解光学系を備えているこ
とを特徴として構成でき、さらには前記色分解光学系は
入射部から射出部までの距離が各色光について光学的に
ほぼ等しいくなるよう構成されていることが望ましい。

【００２７】本発明による第１，２の画像表示装置は画
像表示装置上の画像を拡大投射できるよう、投射光学系
を備えて投写型画像表示装置を構成できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の目的は被照明部（ライト
バルブ）の各色毎の同一走査を行う色光走査光学系を提
供し、高光利用効率を実現すると共に実用的な価格、小
型セットサイズを実現することにある。

【００２９】（実施の形態１）図１は実施の形態１の概
略構成図である。光源部２０１、集光手段２０２（請求
項で言う第１の光学手段）、走査光学系２０３（請求項
で言う第２の光学手段）、画像表示パネル２０４、図に
はない画像表示パネル駆動回路２０５からなっている。
光源部２０１はそれぞれ矩形の形状からなる光射出部２
０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂを備えた赤色光用光源部２
０７、青色光用光源部２０８、緑色光用光源部２０９が
配置されてなり、前記矩形の形状からなる光射出部２０
６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂからの光は集光手段２０２の
色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂに
入射する。この入射光は色光別第１集光レンズ２１０
Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂにより第２集光レンズ２１１
Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂ上に集光される。第２集光レン
ズ２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂは矩形の形状からなる
光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂ形状を回転多面
鏡２１２上の反射面２１３、走査光学系２０３を介して
画像表示パネル２０４上に形成するように構成されてい
る。その形状は図２にあるように画像表示パネル２０４
の照明走査方向について走査域のおよそ１／３の大きさ
をもってなる短冊状を成している。

【００３０】走査光学系２０３は図３にあるように、少
なくとも回転多面鏡２１２上の反射面２１３範囲を入射
光有効部とし、その結像高さが入射光の角度に比例する
ものであり、前記回転多面鏡２１２の反射面一辺あたり
の成す角をθｐとすると、入射光がθｐで入射した際に
照明部である画像表示パネル上の走査方向について最も
光線高の高い部分に集光するよう、入射角度によって結
像位置の高さが決まる構成である。このとき回転多面鏡
による走査は±θｐとなることから、画像表示パネルの
全有効域を照明可能になる。

【００３１】前記走査光学系２０３は図３にあるよう
に、たとえば走査方向に長い開口を持ち、走査方向に直
交する方向に短い開口を持つ複数の走査レンズからな
り、ここで走査レンズのうち何面かは走査方向と走査方
向に直交する方向で曲面Ｒが異なって構成されているこ
とで、走査方向では回転多面鏡２１２の反射面からの入
射角により結像位置高さを決める光学系、走査方向に直
交する方向については前記矩形の形状からなる光射出部
２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂ形状を集光手段２０２の
色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂ、
第２集光レンズ２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂを介して
画像表示パネル２０４上にその高さ寸法におよそ相当す
るように拡大投射する光学系を構成している。

【００３２】ここで回転多面鏡２１２の回転のある瞬間
をとらえた場合、図４にあるように１つの反射面２１３
上には赤、緑、青の光の集合体（スポット）がお互いに
主光線が重なり合わないよう回転方向について一列に形
成される。このときの間隔は回転多面鏡２１２の回転中
心から各色光主光線入射位置を見たときに図１で赤色光
主光線入射位置と緑色光主光線入射位置、緑色光主光線
入射位置と青色光主光線入射位置はそれぞれおよそθｐ
／３の角度を成している。

【００３３】そして回転多面鏡２１２は回転軸２１５を
中心に図にはないモーターによって回動せしめられてい
る。回転時の出射光の様子を図５を用いて以降説明す
る。

【００３４】第１の時点においては回転多面鏡２１２の
同一面に赤緑青光とも入射し、図のように赤光が最も回
転方向に大きな角度で反射され、緑光は青光よりもやや
小さい角度、青光はさらに緑光よりも小さな角度で反射
せしめられる。このとき走査レンズ２１４には色毎に異
なる角度で入射することになり、画像表示パネル２０４
上の異なる位置に光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６
Ｂ上の像を図にあるように形成する。このとき右から
赤、緑、青の色別に配置される。第１の時点から回転多
面鏡２１２が回転した第２の時点においては、青、緑光
については回転多面鏡２１２の同一面に入射するが赤光
は回転してきた新たな面に入射する。このとき特に赤光
については反射面への入射角が小さくなることから回転
方向への反射角は小さくなる。従ってこのとき緑が最も
回転方向に大きな角度で反射され、青光は緑光よりもや
や小さい角度、赤光はさらに青光よりも小さな角度で反
射せしめられることから、画像表示パネル２０４上の異
なる位置に光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂ上の
像を図にあるように形成する。このとき右から緑、青、
赤の色別に配置されることになる。

【００３５】第２の時点から回転多面鏡２１２が回転し
た第３の時点においては、青光のみが第１、第２の時点
と同じ反射面に入射するが、緑、赤光とも第１の時点の
ときとは異なる同一の反射面に入射する。このとき特に
緑光については反射面への入射角が小さくなることから
回転方向への反射角は小さくなる。従ってこのとき青が
最も回転方向に大きな角度で反射され、赤光は青光より
もやや小さい角度、緑光はさらに赤光よりも小さな角度
で反射せしめられることから、画像表示パネル２０４上
の異なる位置に光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂ
上の像を図にあるように形成する。このとき右から青、
赤、緑の色別に配置されることになる。

【００３６】第３の時点から回転多面鏡２１２が回転し
た第４の時点においては、赤、青、緑とも同一面に入射
する第１の時点と同じ位置関係となり、画像表示パネル
２０４上への照明も同様に繰り返される。同じ様にして
第５の時点は前記第２の時点の表示と同じになり、第６
の時点は前記第３の時点の表示と同じである。このよう
にして画像表示パネル２０４上は各色光が帯状に表示位
置を変えて照明されることになる。ここではある時点を
とらえて説明したが、回転多面鏡２１２は連続回転して
いることからここでは各色光は画像表示パネル２０４上
を上から下に連続的に移動することになり、下端に到達
した光は上端に跳ね上げられて再度上から下への移動を
行うことになる。このとき先に説明したように各色光の
主光線は回転多面鏡２１２の回転中心についてそれぞれ
およそθｐ／３に相当する間隔を成していることから、
各色光について同じ時間的間隔で各色光の主光線が回転
多面鏡の反射面間の稜線を迎えることとなり、上記第１
〜６の時点の切り替えを同じ時間的間隔で行うことで色
ムラ、輝度ムラ、フリッカーの抑えられた照明を行うこ
とができる。

【００３７】同時に集光手段２０２から前記回転多面鏡
２１２の反射面２１３上に至る各色光の主光線のうち赤
色光主光線２１９Ｒと緑色光主光線２１９Ｇ、緑色光主
光線２１９Ｇと青色光主光線２１９Ｂの成す角をおよそ
２×θｐ／３の角度をなすよう設定されている。これに
より上記第１〜６の時点すべてにおいて各色光は走査レ
ンズ２１４には色毎に異なる角度で入射することにな
り、その入射角の差は常におよそ２×θｐ／３となるこ
とから画像表示パネル２０４上を３等分した間隔を持っ
て各色光による照明が可能になる。

【００３８】また、画像表示パネル２０４は液晶パネル
２１６と、これの両面に備えられた偏光子である入射側
偏光板２１７と検光子である出射側偏光板２１８かなら
り、入射側偏光板２１７はたとえば図６で示す矩形の外
形形状の短手方向の偏光方向の光を透過し、これに直交
する偏光方向の光を吸収するように設定されているとす
る。入射側偏光板２１７を透過した光は液晶パネル２１
６に入射する。この液晶パネル２１６は外部信号により
多数の各画素開口毎に透過光の偏光方向を変えることが
出来る。ここでは各画素を駆動しない場合には偏光方向
が９０度回転せしめられ、駆動した場合には偏光方向の
変化無く透過するものとする。出射側偏光板２１８は入
射側偏光板２１７と直交した方向の偏光特性を有する。
従って液晶パネル２１６が偏光方向を９０度変えて透過
した画素部の光の偏光方向は出射側偏光板２１８の透過
軸と一致するためここを透過する。

【００３９】一方、液晶パネル２１６が偏光方向を変え
ずに透過した画素部の偏光方向の光は出射側偏光板２１
８の透過軸と直交するためここで吸収される。ここで出
射側偏光板２１８は紙面に対して手前−奥方向に振動方
向（透過軸）を持つように設定されている。このように
画像表示パネル２０４上のある画素を照明している色光
に合わせた入力信号に応じて、各画素毎に変調を行い画
像を形成する。画像表示パネル２０４を透過した光は観
察者に至ることで図５に示した走査が高速で行われるこ
とから（１フィールト゛あたり図５にある第１〜第６の時点を
１周期実現できる速度よりも早いことが望ましい。）観
察者の網膜上で走査時の色分離なく、画像を観察するこ
とが出来る。

【００４０】以上の様に構成することでカラーフィルタ
ーのような色選択手段を備えていない画像表示パネルを
用いた場合でもカラー表示が可能であり、しかもこのと
き画像表示パネルの各画素は各色光の表示を行うことか
ら解像度を落とすことはない。さらに光源からの光は常
に有効に画像表示パネルへ導かれることから光利用率も
高く実現できる。

【００４１】また走査を回転多面鏡であるポリゴンミラ
ーで行うことで走査に関わる反射面は１面であることか
ら、第２集光レンズ２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂと回
転多面鏡の間隔を短く構成することで有効光束の大きさ
を小さく出来、回転多面鏡２１２の反射面２１３を小さ
く構成する事が可能となり、回転多面鏡２１２を小さく
できるだけでなくこれを回動せしめるモーターも小型に
出来る。これにより装置全体の小型化、軽量化、コスト
ダウンを実現することが出来る。（前記特開平４−３１
６２９６号公報では４面プリズムを透過で使うため、走
査には常に距離の離れた２面が関わるため、有効光束の
小型化困難でセット全体の大型化を伴う。）この第１の
応用例では画像表示パネル２０４は透過型液晶方式のも
のとしたが、入射光を変調して表示を行う表示デバイス
で有れば応用可能なことから、反射型液晶方式、反射型
ミラーデバイス等を応用可能である。ただし高速応答可
能なデバイスが必要なことは言うまでもない。このとき
各デバイスにあわせた光学系、特に走査光学系と表示デ
バイス間の最適化が必要なことはもちろんである。

【００４２】上記実施の形態においては回転多面鏡２１
２の反射面２１３に常に斜め入射する構成としたが、図
７のように回転多面鏡２１２の回転軸方向に各色光のう
ち、中央に配置された色光の主光線が入射するようにし
ながら、前記反射面２１３の短辺方向に角度を持った構
成でも同じ機能を果たすことが出来る。ここでは反射面
２１３で反射された光は反射型の走査光学系２２０によ
って画像表示パネル２０４に導かれる。画像表示パネル
２０４上の照明に関する動作は先の実施例（第１の応用
例）と同じなのでここでの説明は割愛する。このように
構成することで第１の応用例に比べ光学系の高さが大き
くなることになるが、全体の構成面積が小さくなること
から、装置全体の小型化には有利な場合もあり得る。性
能面においては第１の応用例では各色光で第２の集光レ
ンズから回転多面鏡２１２の反射面２１３までの距離が
異なることから、反射面２１３上でのスポットの大きさ
が異なってしまう。一方、この第２の応用例では各色光
毎の光路差を小さくおさえることが出来ることからスポ
ットの大きさの違いを最小限におさえて、集光効率を高
く維持することが出来る。

【００４３】前記画像表示パネル２０４の出射側に照明
光を拾える形で投射光学系を備えることで、表示パネル
上の画像を拡大投射し、以下の実施の形態３同様に投写
型プロジェクターを構成できることは言うまでもない。

【００４４】（実施の形態２）次に本発明の実施の形態
２について以下に述べる。図８は実施の形態２の第１の
上面図で光源から回転多面鏡までの構成を示し、図９は
実施の形態２の第２の上面図で回転多面鏡から画像表示
パネルまでの構成を示し、図１０は光源側と対向する方
向から見た側面図である。光源部３０１、インテグレー
タ光学系３０２、色分解光学系３０３、集光手段３０４
（請求項で言う第１の光学手段）、走査光学系３０５
（請求項で言う第２の光学手段）、画像表示パネル３０
６、図にはない画像表示パネル駆動回路３０７からなっ
ている。光源部３０１は電極間の放電によりアークを形
成し光を発生する白色光を出射する光源３０８と、光源
３０８からの光をその回転対称軸上の一方向に反射する
リフレクター３０９とからなり、光源部３０１からの光
はインテグレータ光学系３０２に入射する。

【００４５】インテグレータ光学系３０２は同形状の矩
形有効開口部を備えたマイクロレンズの集合体である第
１のレンズアレイ３１０と、前記第１のレンズアレイ３
１０と同じ矩形有効開口部を備えたマイクロレンズの集
合体である第２のレンズアレイと、前記第２のレンズア
レイ３１１の出射側近傍に配置された単一の凸レンズで
あるインテグレータ集光レンズ３１２からなっており、
ここで集光された光は色分解光学系３０３を経て、集光
手段３０４の赤光路第１の集光レンズ３１３Ｒ、緑光路
第１の集光レンズ３１３Ｇ、青光路第１の集光レンズ３
１３Ｂ上に第１のレンズアレイ３１０のマイクロレンズ
個々の像を重畳して矩形の均一照明を実現する。このと
き各光路で形成される矩形像は色分解光学系３０３で生
じる色による光路差のため大きさが微妙に異なることか
ら、この赤光路第１の集光レンズ３１３Ｒ、緑光路第１
の集光レンズ３１３Ｇ、青光路第１の集光レンズ３１３
Ｂの入射側には同一開口形状を備えた開口絞り３１４
Ｒ、３１４Ｇ、３１４Ｂが設けられている。

【００４６】前述の色分解光学系３０３は入射光に対し
て赤反射ダイクロイックミラー３１５、緑反射ダイクロ
イックミラー３１６、全反射ミラー３１７を傾けて備え
られてなり、白色の入射光のうち赤の波長体の光は赤反
射ダイクロイックミラー３１５で反射されて赤光路第１
の集光レンズ３１３Ｒに導かれる。白色の入射光のうち
緑の波長体の光は赤反射ダイクロイックミラー３１５を
透過した後緑反射ダイクロイックミラー３１６で反射さ
れて再度赤反射ダイクロイックミラー３１５を透過して
緑光路第１の集光レンズ３１３Ｇに導かれる。白色の入
射光のうち青の波長体の光は赤反射ダイクロイックミラ
ー３１５、緑反射ダイクロイックミラー３１６を透過し
た後全反射ミラー３１７で反射されて再度緑反射ダイク
ロイックミラー３１６、赤反射ダイクロイックミラー３
１５を透過して青光路第１の集光レンズ３１３Ｂに導か
れる。この際コストアップは伴うが、全反射ミラー３１
７を青反射ダイクロイックミラーとすることで緑赤間の
不要光の除去を容易にすることも可能である。

【００４７】前記集光手段３０４の赤光路第１の集光レ
ンズ３１３Ｒ、緑光路第１の集光レンズ３１３Ｇ、青光
路第１の集光レンズ３１３Ｂは前記第２のレンズアレイ
３１１像を各色光用の第２の集光レンズ３１８Ｒ、３１
８Ｇ、３１８Ｂを介して回転多面鏡３１９の反射面３２
０上に形成する。これにより反射面３２０上の光源像を
小さく形成することが可能となり、装置全体の小型化に
寄与している。但し大きさを優先しない場合は回転多面
鏡３１９の反射面３２０上に第２のレンズアレイ３１１
像を形成せず、各色光用の第２の集光レンズ３１８Ｒ、
３１８Ｇ、３１８Ｂ上に形成するように構成することも
出来る。また、回転多面鏡３１９の反射面３２０と各色
光用の第２の集光レンズ３１８Ｒ、３１８Ｇ、３１８Ｂ
の間隔を小さくとれば、ある程度の小型化はこの構成で
も可能である。

【００４８】各色光用の第２の集光レンズ３１８Ｒ、３
１８Ｇ、３１８Ｂは集光手段３０４の赤光路第１の集光
レンズ３１３Ｒ、緑光路第１の集光レンズ３１３Ｇ、青
光路第１の集光レンズ３１３Ｂ上に形成された矩形照明
像を走査光学系３０５（請求項で言う第２の光学手段）
を介して画像表示パネル３０６上に矩形照明を行うよう
設定されている。その矩形照明部の形状は図２にあるよ
うに画像表示パネル３０６の照明走査方向について走査
域のおよそ１／３の大きさをもってなる短冊状を成して
いる。

【００４９】走査光学系３０５は図９にあるように、少
なくとも回転多面鏡３１９上の反射面３２０に相当する
範囲を入射光有効部とし、その結像高さは入射光の角度
に比例するものであり、前記回転多面鏡３１９の反射面
一辺あたりの成す角をθｐとすると、入射光がθｐで入
射した際に照明部である画像表示パネル上の走査方向に
ついて最も光線高の高い部分に集光するよう、入射角度
によって結像位置の高さが決まる構成である。

【００５０】ここで回転多面鏡３１９の回転のある瞬間
をとらえた場合、図４と同様にあるように１つの反射面
３２０上には赤、緑、青の光の集合体（スポット）がお
互いに主光線が重なり合わないよう回転方向について一
列に形成される。このときの間隔は回転多面鏡３１９の
回転中心から各色光主光線入射位置を見たときに図８で
赤色光主光線入射位置と緑色光主光線入射位置、緑色光
主光線入射位置と青色光主光線入射位置はそれぞれおよ
そθｐ／３の角度を成している。

【００５１】そして回転多面鏡３１９は回転軸３２１を
中心に図にはないモーターによって回動せしめられてい
る。回転時の出射光の様子を図１１を用いて以降説明す
る。

【００５２】第１の時点においては回転多面鏡３１９の
同一面に赤緑青光とも入射し、図のように青が反回転方
向に反射され、緑光は走査光学系正面に反射せしめら
れ、赤光は回転方向に反射せしめられる。このとき走査
光学系３０５には色毎に異なる角度で入射することにな
り、画像表示パネル３０６の異なる位置に集光手段３０
４の赤光路第１の集光レンズ３１３Ｒ、緑光路第１の集
光レンズ３１３Ｇ、青光路第１の集光レンズ３１３Ｂ上
に形成された矩形照明像を図にあるように形成する。こ
のとき右から赤、緑、青の色別に配置される。

【００５３】第１の時点から回転多面鏡３１９が回転し
た第２の時点においては、青、緑光については回転多面
鏡３１９の同一面に入射するが赤光は回転してきた新た
な面に入射する。このとき青が走査光学系正面に反射せ
しめられ、緑光は回転方向に反射せしめられ、赤光は反
回転方向に反射される。これにより画像表示パネル３０
６上の異なる位置に集光手段３０４の赤光路第１の集光
レンズ３１３Ｒ、緑光路第１の集光レンズ３１３Ｇ、青
光路第１の集光レンズ３１３Ｂ上に形成された矩形照明
像を図にあるように形成する。このとき右から緑、青、
赤の色別に配置されることになる。

【００５４】第２の時点から回転多面鏡３１９が回転し
た第３の時点においては、青光のみが第１、第２の時点
と同じ反射面に入射するが、緑、赤光とも第１の時点の
ときとは異なる同一の反射面に入射する。このとき青光
が回転方向に反射せしめられ、緑光は反回転方向に反射
され、赤光は走査光学系正面に反射せしめられる。これ
により、画像表示パネル３０６上の異なる位置に集光手
段３０４の赤光路第１の集光レンズ３１３Ｒ、緑光路第
１の集光レンズ３１３Ｇ、青光路第１の集光レンズ３１
３Ｂ上に形成された矩形照明像を図にあるように形成す
る。このとき右から青、赤、緑の色別に配置されること
になる。

【００５５】第３の時点から回転多面鏡３１９が回転し
た第４の時点においては、赤、青、緑とも同一面に入射
する第１の時点と同じ位置関係となり、画像表示パネル
３０６上への照明も同様に繰り返される。同じ様にして
第５の時点は前記第２の時点の表示と同じになり、第６
の時点は前記第３の時点の表示と同じである。このよう
にして画像表示パネル３０６上は各色光が帯状に表示位
置を変えて照明されることになる。ここではある時点を
とらえて説明したが、回転多面鏡３１９は連続回転して
いることからここでは各色光は画像表示パネル２０４上
を左から右に連続的に移動することになり、右端に到達
した光は左端に跳ね上げられて再度上から下への移動を
行うことになる。このとき先に説明したように各色光の
主光線は回転多面鏡３１９の回転中心についてそれぞれ
およそθｐ／３に相当する間隔を成していることから、
各色光について同じ時間的間隔で各色光の主光線が回転
多面鏡の反射面間の稜線を迎えることとなり、上記第１
〜６の時点の切り替えを同じ時間的間隔で行うことで色
ムラ、輝度ムラ、フリッカーの抑えられた照明を行うこ
とができる。

【００５６】同時に集光手段３０４から前記回転多面鏡
３１９の反射面３２０上に至る各色光の主光線のうち赤
色光主光線３２２Ｒと緑色光主光線３２２Ｇ、緑色光主
光線３２２Ｇと青色光主光線３２２Ｂの成す角をおよそ
２×θｐ／３の角度をなすよう設定されている。これに
より上記第１〜６の時点すべてにおいて各色光は走査光
学系３０５には色毎に異なる角度で入射することにな
り、その角度差は常におよそ２×θｐ／３となることか
ら画像表示パネル３０６上を３等分した間隔を持って各
色光による照明が可能になる。このとき回転多面鏡によ
る走査は±θｐとなることから、画像表示パネルの全有
効域を照明可能になり、各色光の主光線はこの範囲（２
×θｐ）を３等分する関係にある。ここで各色光は各主
光線を中心に、ある広がりを有しており、この各色光の
広がり角（各色同じに設定）を図にあるようにθｃとす
ると２×θｃ＜２×θｐ／３の場合は色光間に角度的に
隙が出来ることから画像表示パネル３０６上の短冊状照
明部間に隙が出来るので色間の干渉が無く色度を優先で
設定できる。また、２×θｃ＝２×θｐ／３の場合は色
光間に角度的な隙がないことから画像表示パネル３０６
上の短冊状照明部間にも隙が無くなる。この場合最も混
色無く、照明域を大きく取れる。あるいは２×θｃ＞２
×θｐ／３の場合は色光間に角度的に重なり合うことか
ら画像表示パネル３０６上の短冊状照明部間も重畳する
部分が生じる。このとき重畳部分は混色により色度が劣
化するが照明域を大きく設定できることから照明効率的
には有利となる。したがって以上のθｃ、θｐの関係は
装置の商品性や光源、照明域面積の状況によって最適設
定が可能となる。

【００５７】この関係は実施の形態１の説明において詳
細な関係は述べていないが共通であることは言うまでも
ない。

【００５８】前記走査光学系３０５は図９にあるよう
に、たとえば走査方向に長い開口を持ち、走査方向に直
交する方向に短い開口を持つ走査レンズ３２３、３２
４、３２５からなり、ここで走査レンズ３２３、３２
４，３２５のうち何面かは走査方向と走査方向に直交す
る方向で曲面Ｒが異なって構成されていることで、走査
方向では回転多面鏡３１９の反射面からの入射角により
結像位置高さを決める光学系、走査方向に直交する方向
については集光手段３０４の赤光路第１の集光レンズ３
１３Ｒ、緑光路第１の集光レンズ３１３Ｇ、青光路第１
の集光レンズ３１３Ｂ上の矩形照明部を各色光用の第２
の集光レンズ３１８Ｒ、３１８Ｇ、３１８Ｂを介して画
像表示パネル３０６上にその横幅におよそ相当するよう
に拡大投射する光学系を構成している。

【００５９】また、画像表示パネル３０６は液晶パネル
３２６と、これの両面に備えられた偏光子である入射側
偏光板３２７と検光子である出射側偏光板３２８からな
り、図６で示すように実施の形態１同様に構成されてい
るとしている。画像表示パネル３０６の構成・作用は実
施の形態１と重複するのでここでは割愛する。

【００６０】以上の様に構成することで白色光を発する
放電管式の光源を用いた場合にも、カラーフィルターの
ような色選択手段を備えていない画像表示パネルを用い
てのカラー表示が可能であり、しかもこのとき画像表示
パネルの各画素は各色光の表示を行うことから解像度を
落とすことはない。さらに光源からの光は常に有効に画
像表示パネルへ導かれることから光利用率も高く実現で
きる。さらには前述のメタルハライドランプ、高圧水銀
灯のような放電管式の光源を用いた場合リフレクターか
らの光は中心が明るく周辺が暗い分布となって射出され
るため、この光源を実施の形態１の第１，２応用例の光
学系に用いると画像表示パネルの照明は走査方向と直交
する方向においては中心に対して周辺が暗い傾向が出て
しまうが、インテグレータ光学系を用いることで一旦均
一な明るさの像をつくり、これを投射することにより画
像表示パネル走査方向と直交する方向についても明るさ
低下のない良好な画像が得られる。

【００６１】また先も述べたが、走査を回転多面鏡であ
るポリゴンミラーで行うことで走査に関わる反射面は任
意の光について言うと１面であることから、各色光用の
第２の集光レンズ３１８Ｒ、３１８Ｇ、３１８Ｂと回転
多面鏡の間隔を短く構成することで、有効光束の大きさ
を小さく出来ることから回転多面鏡３１９の反射面３２
０を小さく構成する事が可能となり、回転多面鏡３１９
を小さくできるだけでなくこれを回動せしめるモーター
も小型に出来ることから装置全体の小型化、軽量化、コ
ストダウンを実現することが出来る。（前記特開平４−
３１６２９６では４面プリズムを透過で使うため、走査
には常に距離の離れた２面が関わるため、有効光束の小
型化困難でセット全体の大型化を伴う。） この実施の形態２も（実施の形態１）と同様に画像表示
パネル３０６は透過型液晶方式のものとしたが、入射光
を変調して表示を行う表示デバイスで有れば応用可能な
ことから、反射型液晶方式、反射型ミラーデバイス等を
応用可能である。ただし高速応答可能なデバイスが必要
なことは言うまでもない。このとき各デバイスにあわせ
た光学系、特に走査光学系と表示デバイス間の最適化が
必要なことはもちろんである。

【００６２】上記実施の形態においても実施の形態１の
ような配置で回転多面鏡３１９と入射光の関係としても
実現可能である。これによる本発明の光学システムの高
さ寸法を抑えることが可能となる。但し実施の形態２の
配置に比べて走査方向について全ての光が斜めに入射す
ることで各色光用の第２の集光レンズ３１８Ｒ、３１８
Ｇ、３１８Ｂと回転多面鏡３１９の間隔が長くなり回転
多面鏡反射面の大型化による装置全体の大型化を伴うこ
とから、全体の方向からこの配置を決定する必要があ
る。

【００６３】実施の形態において白色光を色分離した際
の色配置については色分解光学系構成を変えることで、
変更可能であることは明らかである。

【００６４】また走査方向は画像表示パネル３０６に対
して横方向の走査での実施の形態を示したが画像表示パ
ネル３０６と照明光学系の配置設定の変更により有効表
示部の縦方向の走査でも同様な構成が可能であることは
言うまでもない。このとき表示パネルの駆動方法は走査
方向によっての最適化設計される。

【００６５】さらに図１２にあるように画像表示部を実
施の形態２の構成として、画像表示パネル３０６上の画
像を図にはないスクリーンに拡大投射可能に投写レンズ
３２９を設けることで投写型画像表示装置を構成するこ
ともできる。このときも必ずしも実施の形態２に有るよ
うに画像表示パネル３０６を透過型液晶とする必要はな
く、先に述べたような他の方式の表示デバイスとした場
合も周知の技術の範囲で各表示デバイスに最適化を行っ
た投写レンズ特性設定、配置を行えば応用可能であるこ
とは言うまでもない。

【００６６】（実施の形態３）次に本発明の実施の形態
３について以下に述べる。図１３は実施の形態３の第１
の上面図で光源から回転多面鏡までの構成を示し、図１
４は実施の形態３の第２の上面図で回転多面鏡から投写
レンズまでの構成を示し、図１５は光源側と対向する方
向から見た側面図である。光源部４０１、インテグレー
タ光学系４０２、色分解光学系４０３、集光手段４０４
（請求項で言う第１の光学手段）、走査光学系４０５
（請求項で言う第２の光学手段）、画像表示パネル４０
６、図にはない画像表示パネル駆動回路４０７、投写レ
ンズ４０８からなっている。光源部４０１は電極間の放
電によりアークを形成し光を発生する白色光を出射する
光源４０９と、光源４０９からの光をその回転対称軸上
の一方向に反射するリフレクター４１０とからなり、光
源部４０１からの光はインテグレータ光学系４０２に入
射する。インテグレータ光学系４０２は同形状の矩形有
効開口部を備えたマイクロレンズの集合体である第１の
レンズアレイ４１１と、前記第１のレンズアレイ４１１
の各マイクロレンズに１対１に対応するマイクロレンズ
の集合体である第２のレンズアレイ４１２とからなり、
前記第２のレンズアレイ４１２を構成する各マイクロレ
ンズは前記第１のレンズアレイ４１１の各マイクロレン
ズにより第２のレンズアレイ４１２上に形成される光源
像の大きさに合わせた開口をもって構成され、さらに前
記第１のレンズアレイ４１１の各マイクロレンズの矩形
開口形状を色分解光学系４０３を経て、集光手段４０４
の各色用の第１の集光レンズ４１３Ｒ、４１３Ｇ、４１
３Ｂ上において重畳して矩形の均一照明を実現するよう
曲率中心位置を設定してある。このとき各光路で形成さ
れる矩形像は集光しきれない光が周辺への漏れ光となっ
て画質劣化の要因となることから、この各色用の第１の
集光レンズ４１３Ｒ、４１３Ｇ、４１３Ｂの入射側には
同一開口形状を備えた開口絞り４１４Ｒ、４１４Ｇ、４
１４Ｂが設けられている。前述の色分解光学系４０３は
入射光に対して赤反射ダイクロイックミラー４１５、青
反射ダイクロイックミラー４１６を交差して備えられて
なり、白色の入射光のうち赤の波長体の光は赤反射ダイ
クロイックミラー４１５で反射されて赤光路第１の集光
レンズ４１３Ｒに導かれる。白色の入射光のうち緑の波
長体の光は赤反射ダイクロイックミラー４１５、青反射
ダイクロイックミラー４１６を透過した後緑光路第１の
集光レンズ４１３Ｇに導かれる。白色の入射光のうち青
の波長体の光は青反射ダイクロイックミラー４１６で反
射され青光路第１の集光レンズ４１３Ｂに導かれる。こ
のうち、赤と青の光路において第１の集光レンズは出射
した光は全反射ミラー４１７Ｒ、４１７Ｂで反射された
後中間リレーレンズ４１８Ｒ、４１８Ｂ上に集光する
（第２のレンズアレイ４１２像を形成）よう設定されて
おり、中間リレーレンズ４１８Ｒ、４１８Ｂは第１の集
光レンズ上の矩形照明像を出射リレーレンズ４１９Ｒ、
４１９Ｂ上に形成するよう設けられている。

【００６７】この出射リレーレンズ４１９Ｒ、４１９Ｂ
は中間リレーレンズ４１８Ｒ、４１７Ｂ上に形成された
前記第２のレンズアレイ４１２像を各色光用の第２の集
光レンズ４２０Ｒ、４２０Ｂを介して回転多面鏡４２１
の反射面４２２上に形成する。緑光路第１の集光レンズ
４１３Ｇは前記第２のレンズアレイ４１２像を緑色光用
の第２の集光レンズ４２０Ｇを介して回転多面鏡４２１
の反射面４２２上に形成する。これにより反射面４２２
上の光源像を小さく形成することが可能となり、装置全
体の小型化に寄与する。但し大きさを優先しない場合は
回転多面鏡４２１の反射面４２２上に第２のレンズアレ
イ４１２像を形成せず、各色光用の第２の集光レンズ４
２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂ上に形成するように構成す
ることも出来る。また、回転多面鏡４２１の反射面４２
２と各色光用の第２の集光レンズ４２０Ｒ、４２０Ｇ、
４２０Ｂの間隔を小さくとれば、ある程度の小型化はこ
の構成でも可能である。

【００６８】各色光用の第２の集光レンズ４２０Ｒ、４
２０Ｇ、４２０Ｂは集光手段４０４の緑色光用の第２の
集光レンズ４２０Ｇ、出射リレーレンズ４１９Ｒ、４１
９Ｂ上に形成された矩形照明像を走査光学系４０５（請
求項で言う第２の光学手段）を介して画像表示パネル４
０６上に矩形照明を行うよう設定されている。その矩形
照明部の形状は図２にあるように画像表示パネル４０６
の照明走査方向について走査域のおよそ１／３の大きさ
をもってなる短冊状を成している。

【００６９】走査光学系４０５は図１４にあるように走
査方向についていえば、少なくとも回転多面鏡４２１上
の反射面４２２に相当する範囲を入射光有効部とし、そ
の結像高さは入射光の角度に比例するものであり、前記
回転多面鏡４２１の反射面一辺あたりの成す角をθｐと
すると、入射光がθｐで入射した際に照明部である画像
表示パネル上の走査方向について最も光線高の高い部分
に集光するよう、入射角度によって結像位置の高さが決
まる構成である。

【００７０】ここで回転多面鏡４２１の回転のある瞬間
をとらえた場合、図４と同様にあるように１つの反射面
４２２上には赤、緑、青の光の集合体（スポット）がお
互いに主光線が重なり合わないよう回転方向について一
列に形成される。このときの間隔は回転多面鏡４２１の
回転中心から各色光主光線入射位置を見たときに図１３
で赤色光主光線入射位置と緑色光主光線入射位置、緑色
光主光線入射位置と青色光主光線入射位置はそれぞれお
よそθｐ／３の角度を成している。

【００７１】この回転多面鏡４２１の大きさは走査角度
（２×θｐ）と反射面一面の大きさによって決まる。こ
のうち走査角度は走査光学系４０５の設計と画像表示パ
ネル４０６サイズ、集光Ｆナンバーからおよそ決まる
が、反射面一面の大きさは光源像が配列されて決まるこ
とから光源像（第２のレンズアレイ４１２像）の大きさ
によって決まる。従って本実施の形態においてはこの反
射面の小型化、回転多面鏡の小型化のために図１６に有
るように前記第２のレンズアレイ４１２は像が反射面上
に形成された際に走査方向に相当する方向に短くなるよ
う各マイクロレンズの配置が決められている。もちろん
このときこのマイクロレンズ開口部に光源像が配置され
るよう前記第１のレンズアレイ４１１の各マイクロレン
ズは曲率中心位置を設定されている。このようにして明
るさはそのままに第２のレンズアレイ４１２形状を細長
く形成することで反射面の大きさを抑えることが出来、
回転多面鏡の小型化を実現している。

【００７２】そして回転多面鏡４２１は回転軸４２３を
中心に図にはないモーターによって回動せしめられてい
る。回転時の出射光の様子は実施の形態２と同じく図１
１に示した動作であり、内容が重複するのでここでは割
愛する。

【００７３】前記走査光学系４０５は図１４にあるよう
に、たとえば走査方向に長い開口を持ち、走査方向に直
交する方向に短い開口を持つ走査レンズ４２４、４２
５、４２６からなり、このうち何面かは走査方向と走査
方向に直交する方向で曲面Ｒが異なって構成されている
ことで、走査方向では回転多面鏡４２１の反射面からの
入射角により結像位置高さを決める光学系、走査方向に
直交する方向については集光手段４０４の緑色光用の第
２の集光レンズ４２０Ｇ、出射リレーレンズ４１９Ｒ、
４１９Ｂ上の矩形照明部を各色光用の第２の集光レンズ
４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂを介して画像表示パネル
４０６上へその横幅におよそ相当するように拡大投射す
る光学系を構成している。本実施の形態においては走査
方向についてはそれに直交する方向に対して小さなＦナ
ンバーで画像表示パネル４０６上に集光するよう構成さ
れている。

【００７４】集光効率的には走査方向に直交する方向に
ついてもＦナンバーは小さい方が有利だが装置全体の小
型化に対して不利にはたらくので、ここでは画像表示パ
ネル４０６上の短冊状照明のうち長辺側端面のフォーカ
スを得る必要があることから（このフォーカスがあまい
と混色が発生）、走査方向のＦナンバーを小さく、これ
に直交する方向のＦナンバーを比較的大きく取ることで
装置全体の小型化も実現している。

【００７５】また、画像表示パネル４０６は液晶パネル
４２７と、これの両面に備えられた偏光子である入射側
偏光板４２８と検光子である出射側偏光板４２９からな
り、図６で示すように実施の形態１同様に構成されてい
るとしている。画像表示パネル４０６の構成・作用は実
施の形態１、２と重複するのでここでは割愛する。

【００７６】さらに画像表示パネル４０６上の画像を図
にはないスクリーンに拡大投射可能に投写レンズ４０８
が設けられており大型映像を得ることが出来る。この投
写レンズ４０８は画像表示パネル３０６から出射される
光を損失無く取り込める大きさの瞳を備えている。

【００７７】以上の様に構成することで実施の形態２と
同様に白色光を発する放電管式の光源を用いた場合に
も、カラーフィルターのような色選択手段を備えていな
い画像表示パネルを用いてのカラー表示が可能であり、
しかもこのとき画像表示パネルの各画素は各色光の表示
を行うことから解像度を落とすことはない。さらに光源
からの光は常に有効に画像表示パネルへ導かれることか
ら光利用率も高く実現できる。さらには前述のメタルハ
ライドランプ、高圧水銀灯のような放電管式の光源を用
いた場合リフレクターからの光は中心が明るく周辺が暗
い分布となって射出されるため、この光源を実施の形態
１の第１，２応用例の光学系に用いると画像表示パネル
の照明は走査方向と直交する方向においては中心に対し
て周辺が暗い傾向が出てしまうが、インテグレータ光学
系を用いることで一旦均一な明るさの像をつくり、これ
を投射することにより画像表示パネル走査方向と直交す
る方向についても明るさ低下のない良好な画像が得られ
る。また同時にほとんど性能劣化なく回転多面鏡の小型
化を実現し、小型の投写型画像表示装置を提供できる。

【００７８】この実施の形態３も実施の形態１、２同様
に画像表示パネル４０６は透過型液晶方式のものとした
が、入射光を変調して表示を行う表示デバイスで有れば
応用可能なことから、反射型液晶方式、反射型ミラーデ
バイス等を応用可能である。ただし高速応答可能なデバ
イスが必要なことは言うまでもない。このとき各デバイ
スにあわせた光学系、特に走査光学系と表示デバイス間
の最適化が必要なことはもちろんである。

【００７９】上記実施の形態においても実施の形態１の
ような配置で回転多面鏡４２１と入射光の関係としても
実現可能である。これによる本発明の光学システムの高
さ寸法を抑えることが可能となる。但し実施の形態３の
配置に比べて走査方向について全ての光が斜めに入射す
ることで各色光用の第２の集光レンズ４２０Ｒ、４２０
Ｇ、４２０Ｂと回転多面鏡４２１の間隔が長くなり回転
多面鏡反射面の大型化による装置全体の大型化を伴うこ
とから、全体の方向からこの配置を決定する必要があ
る。

【００８０】実施の形態において白色光を色分離した際
の色配置については色分解光学系構成を変えることで、
変更可能であることは明らかである。また、色分解光学
系の構成についてもは白色光を色毎に光路を分離できる
構成で有れば応用可能であることは言うまでもない。

【００８１】また走査方向は画像表示パネル４０６に対
して横方向の走査での実施の形態を示したが画像表示パ
ネル４０６と照明光学系の配置設定の変更により有効表
示部の縦方向の走査でも同様な構成が可能であることは
言うまでもない。このとき表示パネルの駆動方法は走査
方向によっての最適化設計される。

【００８２】

【発明の効果】以上のように本発明によればカラーフィ
ルターを持たず、各色光専用の画素を持たないライトバ
ルブを用いてカラー表示を行うことが可能となることで
高解像度表示を可能にするだけでなく、白色光源を用い
た場合には常に赤、緑、青の色光を表示していることか
ら光源からの光利用の高効率化を実現することが出来
る。 しかも回転多面鏡を用いて走査光学系を構成する
ことで、小型・低コストに画像表示装置、投写型画像表
示装置を提供することが出来る。

【００８３】また表示デバイス（ライトバルブ）につい
ては透過、反射型を問わず応用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の全体構成図

【図２】実施の形態１の画像表示パネル照明状態説明図

【図３】実施の形態１の各色光画像表示パネル走査光学
系説明図

【図４】実施の形態１の回転多面鏡反射面と光源スポッ
トの関係図

【図５】実施の形態１の走査原理説明図

【図６】実施の形態１の画像表示パネル構成図

【図７】実施の形態１の応用例構成図

【図８】実施の形態２の光源から回転多面鏡までの構成
を示す上面図

【図９】実施の形態２の回転多面鏡から画像表示パネル
までの構成を示す上面図

【図１０】実施の形態２の側面図

【図１１】実施の形態２の各色光画像表示パネル走査説
明図

【図１２】実施の形態２応用の投写型画像表示装置を示
す図

【図１３】実施の形態３の光源から回転多面鏡までの構
成を示す上面図

【図１４】実施の形態３の回転多面鏡から画像表示パネ
ルまでの構成を示す上面図

【図１５】実施の形態３の側面図

【図１６】実施の形態３の第２レンズアレイ外観図

【図１７】従来のマイクロレンズによる単板式投写型画
像表示装置構成図

【図１８】従来のマイクロレンズによる単板式投写型画
像表示装置の表示パネル部拡大図

【図１９】従来の走査光学系による単板式投写型画像表
示装置構成図

【図２０】従来の走査光学系による単板式投写型画像表
示装置構成図の色分解部拡大図

【符号の説明】

１００ 投写型画像装置 １０１、１２０、２０１、３０１、４０１ 光源部 １０２ ライトバルブ １０３ 照明装置 １０４、３１５、４１５ 赤反射ダイクロイックミラー １０５、３１６ 緑反射ダイクロイックミラー １０６、３１７、４１７Ｒ、４１７Ｂ 全反射ミラー １０７、１２１、３０３、４０３ 色分解光学系 １０８、３２９、４０８ 投写レンズ １０９、１１０、１１１ 光軸 １１２ コンデンサーレンズ １１３、２１７、３２７、４２８ 入射側偏光板 １１４ 赤色用画素開口 １１５ 緑色用画素開口 １１６ 青色用画素開口 １１７ マイクロレンズ １１８ マイクロレンズアレイ １１９、２１８、３２８、４２９ 出射側偏光板 １２２ 照明部 １２３ 単一ライトバルブ １２４、２０３、２２０、３０５、４０５ 走査光学系 １２５ ライトバルブ駆動回路 １２６ スクリーン ２０２、３０４、４０４ 集光手段 ２０４、３０６、４０６ 画像表示パネル ２０５、３０７、４０７ 画像表示パネル駆動回路 ２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂ 光射出部 ２０７ 赤色光用光源部 ２０８ 青色光用光源部 ２０９ 緑色光用光源部 ２１０Ｒ、３１３Ｒ、４１３Ｒ 赤光路第１の集光レン
ズ ２１０Ｇ、３１３Ｇ、４１３Ｇ 緑光路第１の集光レン
ズ ２１０Ｂ、３１３Ｂ、４１３Ｂ 青光路第１の集光レン
ズ ２１１Ｒ、３１８Ｒ、４２０Ｒ 赤光路第２の集光レン
ズ ２１１Ｇ、３１８Ｇ 緑光路第１の集光レンズ ２１１Ｂ、３１８Ｂ、４２０Ｂ 青光路第２の集光レン
ズ ２１２、３１９、４２１ 回転多面鏡 ２１３、３２０、４２２ 反射面 ２１５、４２３ 回転軸 ２１６、３２６、４２７ 液晶パネル ２１９Ｒ、３２２Ｒ 赤色光主光線 ２１９Ｇ、３２２Ｇ 緑色光主光線 ２１９Ｂ、３２２Ｂ 青色光主光線 ３０２、４０２ インテグレータ光学系 ３０８、４０９ 光源 ３０９、４１０ リフレクター ３１０、４１１ 第１のレンズアレイ ３１１、４１２ 第２のレンズアレイ ３１２ インテグレータ集光レンズ ３１４Ｒ、３１４Ｇ、３１４Ｂ、４１４Ｒ、４１４Ｇ、
４１４Ｂ 開口絞り ３２３、３２４、３２５、４２４、４２５、４２６ 走
査レンズ ４１６ 青反射ダイクロイックミラー ４１８Ｒ、４１８Ｂ 中間リレーレンズ ４１９Ｒ、４１９Ｂ 出射リレーレンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｂ 21/14 Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｄ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ (72)発明者 宮井 宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H045 AA01 BA02 BA24 BA32 2H088 EA13 EA15 EA18 HA06 MA05 MA16 2H091 FA01Z FA14Z FA26Z FA41Z FA50Z FD07 FD23 GA11 LA11 LA12 LA15 5C060 BC05 BD03 BD06 BE06 EA01 GB02 GB03 GB07 GB08 GB10 HC01 HC19 HC20 HC21 HD00 JA00 JA18 JA24 5G435 AA00 AA18 BB12 BB17 CC12 DD02 DD05 DD09 FF03 FF05 FF07 GG01 GG04 GG08 GG10 GG26 GG27 GG28

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤、緑、青の各色光を射出する光源部
   と、光源部からの光を回転多面鏡に導く第１の光学手段
   と、第１の光学手段によって射出された光を走査する回
   転多面鏡と、回転多面鏡からの光を照明位置に導く第２
   の光学手段と、前記照明位置に配置され赤、緑、青の各
   色信号に応じて入射光を変調可能な多数の画素からなる
   画像表示パネルと、画像表示パネルの任意の部分に入射
   する光の色に対応したアドレスの画素を入射光の色に合
   った信号で駆動する画像表示パネル駆動回路からなり、 前記第１の光学手段と第２の光学手段により光源部から
   の各色光は照明部である画像表示パネル上に走査方向に
   ついて有効域のおよそ１／３の幅からなる短冊状のカラ
   ーバンドを形成し、 前記第２の光学手段は結像位置が入射光の角度に比例す
   るものであり、前記回転多面鏡の一辺あたりの成す角を
   θｐとすると、およそθｐで前記第２の光学手段に入射
   した際に照明部である画像表示パネル上の走査方向につ
   いて最も光線高の高い部分に集光するよう、入射角度に
   よって結像位置の高さが決まる構成であり、 前記第１の光学手段によって前記回転多面鏡の反射面上
   に導かれる光源部からの各色光の主光線のうち、第一の
   色光と第２の色光、第２の色光と第３の色光（第２の色
   光が中央）はそれぞれおよそ２×θｐ／３の角度を成
   し、 前記光源部からの各色光の主光線が前記第１の光学手段
   によって導かれて前記回転多面鏡の反射面上に導かれる
   位置の間隔はおよそθｐ／３に相当する長さであること
   を特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 光源部と、光源部からの光を部分光に分
   割しこれを重畳して照明均一性を向上せしめるインテグ
   レータ光学系と、インテグレータ光学系からの光を回転
   多面鏡に導く第１の光学手段と、第１の光学手段によっ
   て射出された光を走査する回転多面鏡と、回転多面鏡か
   らの光を照明位置に導く第２の光学手段と、前記照明位
   置に配置され赤、緑、青の各色信号に応じて入射光を変
   調可能な多数の画素からなる画像表示パネルと、画像表
   示パネルの任意の部分に入射する光の色に対応したアド
   レスの画素を入射光の色に合った信号で駆動する画像表
   示パネル駆動回路からなり、 前記インテグレータは第１のレンズアレイと第２のレン
   ズアレイとからなっており、前記第１の光学手段は第１
   のレンズと第２のレンズとからなり、前記第１のレンズ
   アレイは同形状の矩形開口を持つマイクロレンズの集合
   体であり光源からの光を第２のレンズアレイ上に集光す
   る。前記第２のレンズアレイは前記第１のレンズアレイ
   の開口像を前記第１の光学手段の第１のレンズ上に重畳
   するよう設計されたマイクロレンズの集合体であり、前
   記第２のレンズは第１のレンズ上の矩形開口像を前記第
   ２の光学手段を経て照明部である画像表示パネル上に走
   査方向について有効域のおよそ１／３の幅からなる短冊
   状のカラーバンドを形成するよう構成されており、 前記第２の光学手段は結像位置が入射光の角度に比例す
   るものであり、前記回転多面鏡の一辺あたりの成す角を
   θｐとすると、入射光がおよそθｐで前記第２の光学手
   段に入射した際に照明部である画像表示パネル上の走査
   方向について最も光線高の高い部分に集光するよう、入
   射角度によって結像位置の高さが決まる構成であり、 前記第１の光学手段によって前記回転多面鏡の反射面上
   に導かれる光源部からの各色光の主光線のうち、第一の
   色光と第２の色光、第２の色光と第３の色光（第２の色
   光が中央）はそれぞれおよそ２×θｐ／３の角度を成
   し、 前記光源部からの各色光の主光線が前記第１の光学手段
   によって導かれて前記回転多面鏡の反射面上に導かれる
   位置の間隔はおよそθｐ／３に相当する長さであること
   を特徴とする画像表示装置。
3. 【請求項３】 前記第１のレンズは前記第２のレンズア
   レイ像を第２のレンズを介して回転反射鏡上に形成する
   よう設けられていることを特徴とする請求項２の画像表
   示装置。
4. 【請求項４】 前記第１の光学手段から前記画像表示パ
   ネルに至る光学構成において、走査方向の照明Ｆナンバ
   ーに対し、これに直交する方向でのＦナンバーが大きい
   ことを特徴とする請求項１、２記載の画像表示装置。
5. 【請求項５】 前記第１の光学手段の第１のレンズ、あ
   るいはその近傍に矩形の開口部を備えた絞りが備えられ
   ていることを特徴とする請求項１，２記載の画像表示装
   置。
6. 【請求項６】 前記インテグレータ光学系の第２のレン
   ズアレイはマイクロレンズの集合体であり、その集合体
   （有効部）全体形状はその像が回転多面鏡上に形成され
   た際に回転方向（走査方向）に対応する方向について短
   い形状を成していることを特徴とする請求項２記載画像
   表示装置。
7. 【請求項７】 前記インテグレータ光学系の第１のレン
   ズアレイは第２のレンズアレイ上に各マイクロレンズが
   形成する光源像が所望の位置になるよう開口中心と異な
   る位置に曲率中心をもつマイクロレンズを少なくとも複
   数備えており、前記インテグレータ光学系の第２のレン
   ズアレイは前記光源像の大きさに合わせて設定された大
   きさの開口部を備えたマイクロレンズの集合体であるこ
   とを特徴とする請求項６記載の画像表示装置。
8. 【請求項８】 光源は赤、緑、青の各色光を含む白色光
   を射出し、インテグレータ光学系と回転多面鏡間には白
   色光を赤、緑、青の各色光に分解する色分解光学系が備
   えられていることを特徴とする請求項２記載の画像表示
   装置。
9. 【請求項９】 前記色分解光学系は入射部から射出部ま
   での距離が各色光について光学的にほぼ等しいくなるよ
   う構成されていることを特徴とする請求項８記載の画像
   表示装置。
10. 【請求項１０】 前記請求項１，２記載の画像表示装置
    上の画像を拡大投射できるよう投射光学系を備えてなる
    投写型画像表示装置。