JP2001337394A - 照明光学装置および投写型表示装置 - Google Patents
照明光学装置および投写型表示装置Info
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Abstract
おいて、光源からの光を効率良く均一に画像形成手段に
照明できる小型の照明光学装置と高輝度で小型の投写型
表示装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 光源30からの光を集光する楕円面鏡3
1と、インテグレータ光学系としての第1のレンズアレ
イ板35および第2のレンズアレイ板36と、反射光学
素子38と裏面反射鏡40とを備えているとともに、画
像形成手段としてのミラー偏向型ライトバルブ45を照
射する照明光学装置において、反射光学素子38と裏面
反射鏡40との間に回転非対称レンズ素子からなる照明
領域補正用光学素子39を介挿してある。
Description
像形成手段に照明する照明光学装置と画像形成手段に形
成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりスク
リーン上に拡大投写する投写型表示装置に関するもので
ある。
応じた画像を形成する小型の画像形成手段に対して光源
からの光を照明し、投写レンズによりその画像をスクリ
ーン上に拡大投写する投写型表示装置が用いられてい
る。
号に応じて画素単位の微小ミラーを傾動させ、光を偏向
させるミラー偏向型ライトバルブがある。このミラー偏
向型ライトバルブは、2次元的に画素単位の微小なミラ
ーを配置して構成し、これらの微小ミラーの傾きを映像
信号に応じて変化させることにより、入射光を投写レン
ズに入射させる方向か、もしくは投写レンズに入射しな
い方向に反射、偏向させるものである。このようなミラ
ー偏向型ライトバルブを用いた小型の投写型表示装置に
ついては、例えば国際公開WO98/29773号公報
(特願平10−505072号)に開示されている。
ライトバルブを用いる従来技術にかかわる投写型表示装
置の構成を示す平面図である。この投写型表示装置にお
ける照明光学装置は、放電ランプ1と楕円面鏡2とコン
デンサレンズ3と反射鏡4などを備えている。このよう
な構成要素を備えた照明光学装置に、カラーホイール
(回転式カラーフィルタ)11とミラー偏向型ライトバ
ルブ12と投写レンズ13とを組み合わせて投写型表示
装置を構成している。
円面鏡2により集光され、一方の焦点に収束する。収束
した光は、白色光を時系列的に青、緑、赤の色成分の光
に分離するカラーホイール11によって選択的に透過さ
れる。カラーホイール11からの時系列的な各色成分の
光は、コンデンサレンズ3および反射鏡4によってそれ
ぞれ透過および反射し、ミラー偏向型ライトバルブ12
に入射する。ミラー偏向型ライトバルブ12は、映像信
号に応じて、画素単位の微小なミラーの傾きを変え、反
射光を偏向させる。ミラー偏向型ライトバルブ12によ
って偏向された一部の反射光は投写レンズ13により図
示しないスクリーン上に拡大され画像を形成する。
は、小型でありながらかなりの大画面の画像の表示が可
能となっている。
学装置について、ライトバルブに対する照明を効率良く
均一に行うために、2枚のレンズアレイ板やロッドレン
ズを用いたインテグレータ光学系が用いられるようにな
ってきている(その構成については、後述する実施の形
態の図1における符号の35,36で指示するレンズア
レイ板や図4における符号63で指示するロッドレンズ
を参照されたい)。
配置される第1のレンズアレイ板により入射する光束を
多数に分割し、分割された各光束を第2のレンズアレイ
板に収束させるものとなっている。第2のレンズアレイ
板は、第1のレンズアレイ板の出射面とライトバルブ面
とを実質的に共役の関係にするものとして構成されてい
る。第2のレンズアレイ板上に収束された光は、ライト
バルブ面で重畳され、ライトバルブを均一に照明するよ
うになっている。
の入出射面をもつガラス柱であり、ロッドレンズの内部
を多重反射して、ロッドレンズ出射面での光の均一性を
高くするものである。ロッドレンズの出射面とライトバ
ルブ面とを実質的に共役の関係にして、ライトバルブ上
に均一に照明する。
良い均一な照明ができるようになってきた。
写画像が望まれているのも事実である。
型ライトバルブに対する照明光学装置においては、照明
光は、微小なミラーの傾き方向と傾き角に応じて入射さ
せる。微小ミラーの傾き方向については、ライトバルブ
の矩形表示領域の長手方向を0度とした場合に、45度
方向を回動基準軸として、その回動基準軸まわりに微小
ミラーを傾けるものとなっており、その微小ミラーの傾
き角は±10度である。この場合、照明光の光軸はミラ
ー偏向型ライトバルブ面の法線に対して、−20度以上
傾ける必要がある(図1を参照すると、ラインaとライ
ンbのなす角度が20度以上ということに相当してい
る)。また、投写レンズの光軸は、ミラー偏向型ライト
バルブ面の法線よりオフセットした位置に配置される
(図2を参照すると、点cと点dとのずれに相当してい
る)。
学装置に、レンズアレイ板またはロッドレンズを用いた
インテグレータ光学系を用いた場合において、効率良く
均一に照明するためには、ライトバルブ面位置で矩形表
示領域と相似形な矩形照明を行う必要がある。
ブ面の法線に対する角度を−20度以上とするため、ラ
イトバルブ面での矩形照明光が歪み、菱形状照明となっ
てしまう(図3(b)参照)。
比較的大きな面積の照明をする必要があり、ライトバル
ブ面での光損失が増大し、光利用効率が低下するという
問題があった。
装置を構成し、小型で高効率な投写型表示装置を構成す
る必要があった。
本発明は、次のような手段を講じることにより、上記の
課題を解決するものである。すなわち、被照明対象に対
して効率の良い均一な照明を行う必要性からインテグレ
ータ光学系が採用されてはいるものの、被照明対象に対
する入射光の光軸が被照明対象の面における法線に対し
て大きく傾いていることから(特にミラー偏向型ライト
バルブではその傾向が強い)、照明領域が変形を受けて
被照明対象の領域に対して歪んだ形状となるような照明
光学装置の構成を前提として、光路途中に照明領域補正
用光学素子を配置することにより、前記の照明領域の形
状歪みを補正するように構成してある。
対してその領域に相似形の照明領域の状態で照明を行う
ことができ、インテグレータ光学系を採用したことによ
る本来的な、小型化できるとともに被照明対象に対して
効率の良い均一な照明を行うことができるという効果を
所期通りに十分に発揮させることを確保しつつも、被照
明対象に対する照明領域のずれに起因する光損失を極力
軽減し、光利用効率の高い十分に明るい照明を行うこと
ができる。
を照明光学手段として採用している投写型表示装置にお
いては、画面が明るくて視認性の十分良好な画像投写を
行うことができる。
的に説明する。
グレータ光学系を備えて被照明対象に対する照明領域が
光路途中で変形を受ける配置状況で構成された照明光学
装置において、変形を受ける照明領域を補正するための
照明領域補正用光学素子を設けてあることを特徴として
いる。
記の〔課題を解決するための手段〕の項で説明したのと
実質的に同様のものとなる。すなわち、インテグレータ
光学系の採用によって照明光学装置の小型化を図るとと
もに、効率良くかつ均一に照明することを可能となし、
加えて、照明領域補正用光学素子による照明領域の形状
補正により、被照明対象に対する照明領域のずれに起因
する光損失を極力軽減し、光利用効率を十分に高いもの
となすことが可能となる。
らの光を集光し、複数の微小ミラーが2次元的に配置さ
れたミラー偏向型ライトバルブに照明する照明光学装置
であって、光源と、前記光源からの放射光を集光する集
光手段と、複数のレンズ素子から構成され前記集光手段
からの光を多数の光束に分割する第1のレンズアレイ板
と、複数のレンズ素子から構成され前記第1のレンズア
レイ板からの光が入射する第2のレンズアレイ板と、前
記第2のレンズアレイ板からの光が入射して前記ミラー
偏向型ライトバルブの表示領域に前記表示領域と相似形
な照明ができるように補正する照明領域補正用光学素子
とを備えていることを特徴としている。これは、上記の
第1の発明をより具体的レベルで記述したものに相当す
る。すなわち、画像形成手段がミラー偏向型ライトバル
ブであること、および、インテグレータ光学系が第1の
レンズアレイ板と第2のレンズアレイ板とを備えたもの
として構成されていることを明確化している。
ある。インテグレータ光学系として第1のレンズアレイ
板と第2のレンズアレイ板の構成を採用すると、十分に
効率の良い均一な照明が可能となる。また、画像形成手
段としてミラー偏向型ライトバルブを採用すると、反射
型液晶パネルの場合に比べて、光の利用効率が高く、熱
に強くて応答速度が速いという優れた特性がある。しか
し、インテグレータ光学系(レンズアレイ板)とミラー
偏向型ライトバルブとの組み合わせでは、ミラー偏向型
ライトバルブに対する入射光の光軸が前記ライトバルブ
の面における法線に対して大きく傾きがちとなり、照明
領域が変形を受けてライトバルブの表示領域に対して歪
んだ形状となってしまう。
ラー偏向型ライトバルブとの組み合わせに対して、照明
領域補正用光学素子を介在させることにより、前記の照
明領域の変形を補正し、ミラー偏向型ライトバルブの表
示領域に対してその表示領域と相似形な照明領域の照明
を行うのである。
とによる小型化と効率の良い均一な照明の機能を所期通
りに十分に発揮させながらも、照明領域のずれに起因す
る光損失を極力軽減し、光利用効率を十分に高いものと
なすことが可能となる。
らの光を集光し、複数の微小ミラーが2次元的に配置さ
れたミラー偏向型ライトバルブに照明する照明光学装置
であって、光源と、前記光源からの放射光を集光する集
光手段と、入射光を多重反射させて均一光を出射させる
ロッドレンズと、前記ロッドレンズからの光が入射して
前記ミラー偏向型ライトバルブの表示領域に前記表示領
域と相似形な照明ができるように補正する照明領域補正
用光学素子とを備えていることを特徴としている。これ
は、上記の第1の発明をより具体的レベルで記述したも
のに相当する。すなわち、画像形成手段がミラー偏向型
ライトバルブであること、および、インテグレータ光学
系がロッドレンズを備えたものとして構成されているこ
とを明確化している。
ある。インテグレータ光学系としてロッドレンズの構成
を採用すると、その全反射を含む多重反射により、不均
一な光束を均一な光束として出射することとなり、十分
に効率の良い均一な照明が可能となる。ロッドレンズ
は、レンズアレイ板と比較して、部品点数が少なく、低
コストで構成することが容易である。また、画像形成手
段としてミラー偏向型ライトバルブを採用すると、反射
型液晶パネルの場合に比べて、光の利用効率が高く、熱
に強くて応答速度が速いという優れた特性がある。しか
し、インテグレータ光学系(ロッドレンズ)とミラー偏
向型ライトバルブとの組み合わせでは、ミラー偏向型ラ
イトバルブに対する入射光の光軸が前記ライトバルブの
面における法線に対して大きく傾きがちとなり、照明領
域が変形を受けてライトバルブの表示領域に対して歪ん
だ形状となってしまう。
ー偏向型ライトバルブとの組み合わせに対して、照明領
域補正用光学素子を介在させることにより、前記の照明
領域の変形を補正し、ミラー偏向型ライトバルブの表示
領域に対してその表示領域と相似形な照明領域の照明を
行うのである。
による小型化と効率の良い均一な照明の機能を所期通り
に十分に発揮させながらも、照明領域のずれに起因する
光損失を極力軽減し、光利用効率を十分に高いものとな
すことが可能となる。
第1〜第3の発明において、前記照明領域補正用光学素
子がゼルニケ多項式で表現される曲面のレンズ素子とさ
れたという構成になっている。
上記の第1〜第3の発明において、前記照明領域補正用
光学素子がゼルニケ多項式で表現される曲面の反射素子
とされてたという構成になっている。
ケ多項式に準拠した球面の照明領域補正用光学素子であ
れば、上記した照明領域の形状歪みに対する補正の効果
および性状が非常に良好なものとなる。その結果とし
て、ミラー偏向型ライトバルブなどの被照明対象に対し
て効率の良い均一な照明を行うことができるという効果
を所期通りに十分に発揮させることを確保しつつも、被
照明対象に対する照明領域のずれに起因する光損失を極
力軽減し、光利用効率の高い十分に明るい照明を行える
という効果を十分に発揮させることが可能となってい
る。
第1〜第5の発明において、前記照明領域補正用光学素
子と前記ミラー偏向型ライトバルブとの間に裏面反射光
学素子を配置した構成となっている。
ある。裏面反射光学素子は、表面反射光学素子と比較し
て、同じ曲率であれば焦点距離をより短くすることがで
き、また、表面(屈折面)を利用できるため、収差補正
にも利用できる。このため、投写レンズなどの終端光学
要素との配置空間の干渉をできるだけ抑えつつ、照明光
学装置を小型に構成することが可能となっている。
第6の発明において、前記裏面反射光学素子の反射面が
球面とされた構成となっている。
上記の第6の発明において、前記裏面反射光学素子の反
射面が非球面とされた構成となっている。
いてより具体的レベルで記述したものである。すなわ
ち、その反射面は球面・非球面のいずれであってもよい
が、非球面の場合には、照明領域の形状補正にも有利と
なる。
第1〜第8の発明において、前記インテグレータ光学系
がレンズアレイ板の構成とされているというものであ
る。
は、上記の第1〜第8の発明において、前記インテグレ
ータ光学系がロッドレンズの構成とされているというも
のである。
発明において、画像形成手段がミラー偏向型ライトバル
ブであるか反射型液晶パネルであるかあるいはその他の
ものであるかを問わず、インテグレータ光学系について
より具体的レベルで記述したものに相当している。レン
ズアレイ板、ロッドレンズのいずれも、効率の良い均一
な照明が可能である。しかも、照明領域のずれに起因す
る光損失を極力軽減し、光利用効率を十分に高いものと
なすことが可能となる。また、ロッドレンズは、レンズ
アレイ板と比較して、部品点数が少なく、低コストで構
成することが容易である。
についてのものである。
源からの光を集光し画像形成手段に照明する照明光学手
段と、前記照明光学手段からの光が入射して映像信号に
応じて画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手
段からの画像光が入射してその画像をスクリーン上に拡
大投写する投写レンズとを備えて構成されており、前記
照明光学手段として、上記の第1〜第10の発明におけ
る照明光学装置を採用してあることを特徴としている。
である。上記のようなすぐれた照明光学装置を照明光学
手段として採用している投写型表示装置においては、画
面が明るくて視認性の十分良好な画像投写を行うことが
できる。
記の第11の発明において、前記画像形成手段がミラー
偏向型ライトバルブとされているというものである。
は、上記の第11の発明において、前記画像形成手段が
反射型液晶パネルとされているというものである。
バルブであっても反射型液晶パネルであってもよいので
あるが、ミラー偏向型ライトバルブを採用すると、反射
型液晶パネルの場合に比べて、光の利用効率が高く、熱
に強くて応答速度が速いという優れた特性を投写型表示
装置にもたせることが可能となる。
記の第11〜第13の発明において、前記光源からの白
色光を時系列的に青、緑、赤の色成分の光に分離するカ
ラーホイールを備えたという構成とされている。これ
は、カラーの画像表示に適したものとなる。
態1の照明光学装置およびその照明光学装置を含む投写
型表示装置の構成を示す平面図、図2はその側面図であ
る。図1および図2においては、照明光学装置を含む投
写型表示装置の光学構成を示している。
源としてのメタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、
キセノンランプ等の放電ランプ、31は放電ランプ30
からの光を集光する集光手段としての楕円面鏡、32,
34はコンデンサレンズ、33は反射ミラー、35は複
数のレンズ素子から構成された第1のレンズアレイ板、
36は同じく複数のレンズ素子から構成された第2のレ
ンズアレイ板、37は重畳用レンズ、38は反射光学素
子、39は回転非対称光学素子の一例としての回転非対
称レンズ素子から構成された照明領域補正用光学素子、
40は裏面反射鏡、45は画像形成手段としてのミラー
偏向型ライトバルブ、46は投写レンズ、47は白色光
を時系列的に青、緑、赤の色成分の光に分離するカラー
ホイール(回転式カラーフィルタ)である。第1のレン
ズアレイ板35のレンズ素子の焦点距離は、第1のレン
ズアレイ板35と第2のレンズアレイ板36との離間距
離とされている。第1のレンズアレイ板35のレンズ素
子はミラー偏向型ライトバルブ45と相似形の開口形状
とされている。第2のレンズアレイ板36のレンズ素子
は、第1のレンズアレイ板35の出射面とミラー偏向型
ライトバルブ45の入射面とが実質的に共役関係となる
ように、レンズ素子のパワーを考慮して焦点距離を決め
ている。重畳用レンズ37は第2のレンズアレイ板36
の各レンズ素子から出射した光をミラー偏向型ライトバ
ルブ45上に重畳照明するためのレンズである。
1の照明光学装置および投写型表示装置の動作を説明す
る。
鏡31により集光され、一方の焦点に収束する。収束し
た光は、カラーホイール47によって白色光が時系列的
に青、緑、赤の色成分の光に分離され、それぞれの色成
分の光が選択的に透過される。透過した各色成分の光
は、コンデンサレンズ32、反射ミラー33、コンデン
サレンズ34により実質的な平行光に変換される。実質
的な平行光に変換された光は、第1のレンズアレイ板3
5に入射し、その複数のレンズ素子によって光束は多数
の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数の
レンズ素子から構成される第2のレンズアレイ板36に
収束し、重畳用レンズ37に入射される。重畳用レンズ
37を出射した光は、反射光学素子38で反射され、回
転非対称レンズ素子からなる照明領域補正用光学素子3
9に入射する。照明領域補正用光学素子39は、光束分
布を形状的に補正した後、裏面反射鏡40に入射する。
裏面反射鏡40で反射された光はミラー偏向型ライトバ
ルブ45に入射する。ミラー偏向型ライトバルブ45で
変調された光は画像形成に必要な光束のみを投写レンズ
46に入射させる。投写レンズ46はミラー偏向型ライ
トバルブ45で形成される画像を拡大投写する。
に比べて比較的曲率が大きくても、焦点距離を短かくで
きるため、周辺の光学部品との干渉が少なく、光学系を
小型に構成できる。
は、放電ランプ30、楕円面鏡31、コンデンサレンズ
32,34、反射ミラー33、第1のレンズアレイ板3
5、第2のレンズアレイ板36、重畳用レンズ37、反
射光学素子38、照明領域補正用光学素子39および裏
面反射鏡40である。この照明光学装置に、カラーホイ
ール47、ミラー偏向型ライトバルブ45、投写レンズ
46を付加したものが投写型表示装置である。
ルブ45への照明光は微小なミラーの傾き方向と傾き角
に応じて入射させている。微小ミラーの傾き方向につい
ては、ミラー偏向型ライトバルブ45の矩形表示領域の
長手方向を0度とした場合に、45度方向を回動基準軸
として、その回動基準軸まわりに微小ミラーを傾けるも
のとなっており、その微小ミラーの傾き角は±10度で
ある。この場合、照明光の光軸はミラー偏向型ライトバ
ルブ45の表面での法線に対して、−20度以上傾ける
必要がある。すなわち、ラインaとラインbのなす角度
が20度以上である必要がある。また、投写レンズ46
の光軸は、ミラー偏向型ライトバルブ45の表面での法
線よりオフセットした位置に配置される(図2の点cと
点dとのずれ参照)。
ズアレイ板35および第2のレンズアレイ板36を用い
たインテグレータ光学系を用いた場合、ミラー偏向型ラ
イトバルブ45に対して効率良く均一に照明するために
は、ミラー偏向型ライトバルブ45の表面位置で矩形表
示領域と相似形な矩形照明をする必要がある。
る照明領域の形状変化について説明する。図3(a),
(b)はミラー偏向型ライトバルブの表示領域と照明光
の照明領域の様相を示している。50はミラー偏向型ラ
イトバルブの矩形の表示領域、ハッチングで表した5
1,52は照明領域を示している。
の表面での法線に対してなす角度が小さい場合は、図3
(a)のように、矩形の表示領域50に対してやや大き
い矩形の照明領域51の状態で照明される。すなわち、
矩形の照明領域51が矩形の表示領域50に対して相似
形をなしている。この場合、ミラー偏向型ライトバルブ
での光損失は少なく、効率良く均一に照明される。
の表面での法線に対して照明光の光軸がなす角度が−2
0度以上と大きい場合には(図1のラインaとラインb
を参照(ただし、照明領域補正用光学素子39がない場
合を想定)、ミラー偏向型ライトバルブの表面での照明
光の形状が歪み、図3(b)に示す照明領域52のよう
に菱形状の照明となってしまい、効率良く均一な照明が
できなくなる。
タ光学系を用いても、ライトバルブの表示領域50に対
してかなり大きな面積の照明をする必要があり、ライト
バルブ面での光損失が増大し、光利用効率が低下する。
ととなる要因は、次の2点にある。すなわち、照明光学
装置を小型に構成することから、照明光の光軸がライト
バルブ45の表面での法線に対して大きく傾いているこ
とが1つの要因である。また、裏面反射鏡40などを回
転非対称に配置していることがもう1つの要因である。
ズ素子からなる照明領域補正用光学素子39は、図3
(b)のような菱形状の照明領域52を図3(a)のよ
うな矩形状の照明領域51に補正するために設けてあ
る。
非対称曲面は、ゼルニケ多項式で表現される曲面となっ
ている。ゼルニケ面は光軸からの径ρと回転角θを変数
とした極座標の関数で表現される面である。
て、菱形状の照明領域52を矩形状の照明領域51に補
正しているが、反射光学素子38の曲面を回転非対称曲
面とした反射ミラーとして構成しても同様に補正するこ
とができる。
て、同じ曲率を比較条件とすれば、焦点距離をより短く
することができ、また、表面(屈折面)を利用できるた
め、収差補正にも利用できる。このため、投写レンズ4
6との配置空間の干渉をできるだけ抑えつつ、照明光学
装置を小型に構成することができる。裏面の反射面は球
面であってもよいが、非球面であれば、照明領域の形状
補正にも利用できる。また、裏面反射鏡40をオフセッ
トして配置すれば、照明領域の補正がより良好なものと
なる。
45に対する照明光の入射が大きく傾く照明光学装置の
場合であっても、回転非対称光学素子としての照明領域
補正用光学素子39を用いることにより、ミラー偏向型
ライトバルブ45の矩形の表示領域50に対して相似形
をなす矩形状の照明領域51の状態で効率の良い均一な
照明を行うことができる。また、裏面反射鏡40を用い
ることにより、照明光学装置を小型化することができ
る。
態2の照明光学装置およびその照明光学装置を含む投写
型表示装置の構成を示す平面図である。図4において
は、照明光学装置を含む投写型表示装置の光学構成を示
している。
メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンラ
ンプ等の放電ランプ、61は放電ランプ60からの光を
集光する集光手段としての楕円面鏡、62は反射ミラ
ー、63はロッドレンズ、64,65はコンデンサレン
ズ、66は反射ミラーなどの反射光学素子、67は回転
非対称光学素子の一例としての照明領域補正用光学素
子、68は裏面反射鏡、80は画像形成手段としてのミ
ラー偏向型ライトバルブ、81は投写レンズ、82は白
色光を時系列的に青、緑、赤の色成分の光に分離するカ
ラーホイール(回転式カラーフィルタ)である。実施の
形態1(図1、図2)の照明光学装置と異なる構成は、
レンズアレイ板ではなくロッドレンズを用いて照明光学
装置を構成している点である。ロッドレンズ63は、入
射面と出射面が矩形の柱状ガラスをもって構成されてい
る。
2の照明光学装置および投写型表示装置の動作を説明す
る。
鏡61により集光され、一方の焦点に収束する。収束し
た光は、カラーホイール82によって白色光が時系列的
に青、緑、赤の色成分の光に分離され、それぞれの色成
分の光が選択的に透過される。透過した各色成分の光
は、ロッドレンズ63に入射する。ロッドレンズ63に
入射した光は、全反射を含む多重反射により出射面まで
伝播される。ロッドレンズ63の入射面で不均一であっ
た光束も出射面では均一な光束となる。
ライトバルブ80の表面とが共役な関係となるように、
ロッドレンズ63とミラー偏向型ライトバルブ80の表
面との間に存在する光学素子群すなわちコンデンサレン
ズ64,65、反射光学素子66、照明領域補正用光学
素子67、裏面反射鏡68のパワー配置を決めれば、照
明領域補正用光学素子67の作用によって、ミラー偏向
型ライトバルブ80の矩形の表示領域に対して相似形を
なす矩形状の照明領域となる状態で照明することがで
き、効率の良い均一な照明ができる。
て部品点数が少なく、低コストで照明光学系を構成でき
る。
は、反射光学素子66で反射され、回転非対称レンズ素
子からなる照明領域補正用光学素子67に入射する。
光軸がミラー偏向型ライトバルブ80の表面の法線に対
して大きく傾いていることに起因して生じる菱形状照明
領域を表示領域に沿った矩形照明領域に補正する。
点距離を短くできるため、比較的小空間でミラー偏向型
ライトバルブ80に光を集光できる。裏面反射鏡68の
曲面形状は球面であっても、非球面であってもよい。ま
た、偏芯させて配置してもよい。この裏面反射鏡68
は、投写レンズ81に対して空間的に干渉することのな
い状態で配置することが可能であり、照明光学装置およ
び投写型表示装置を小型に構成する上で有利となってい
る。
光は、映像信号に従って変調され、その変調された光の
うちの画像形成に必要な光束のみを投写レンズ81に入
射させる。投写レンズ81はミラー偏向型ライトバルブ
80で形成された画像を拡大投写する。
てロッドレンズ63を用いた照明光学装置に、回転非対
称レンズ素子からなる照明領域補正用光学素子67を配
置することにより、ミラー偏向型ライトバルブ80の表
示領域と相似形の照明領域となる状態で、効率の良い均
一な照明を行うことができる。また、裏面反射鏡68を
用いることにより、小型な照明光学装置を構成すること
ができる。
態3の投写型表示装置の構成を示す平面図、図6はその
側面図である。この投写型表示装置においては、その照
明光学装置としては上記の実施の形態1のものを採用し
ている。
源としてのメタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、
キセノンランプ等の放電ランプ、31は放電ランプ30
からの光を集光する集光手段としての楕円面鏡、32,
34はコンデンサレンズ、33は反射ミラー、35は複
数のレンズ素子から構成された第1のレンズアレイ板、
36は同じく複数のレンズ素子から構成された第2のレ
ンズアレイ板、37は重畳用レンズ、38は反射光学素
子、39は回転非対称光学素子の一例としての照明領域
補正用光学素子、40は裏面反射鏡、45は画像形成手
段としてのミラー偏向型ライトバルブ、46は投写レン
ズ、47は白色光を時系列的に青、緑、赤の色成分の光
に分離するカラーホイール(回転式カラーフィルタ)で
ある。第1のレンズアレイ板35のレンズ素子の焦点距
離は、第1のレンズアレイ板35と第2のレンズアレイ
板36との離間距離とされている。第1のレンズアレイ
板35のレンズ素子はミラー偏向型ライトバルブ45と
相似形の開口形状とされている。第2のレンズアレイ板
36のレンズ素子は、第1のレンズアレイ板35の出射
面とミラー偏向型ライトバルブ45の入射面とが実質的
に共役関係となるように、レンズ素子のパワーを考慮し
て焦点距離を決めている。重畳用レンズ37は第2のレ
ンズアレイ板36の各レンズ素子から出射した光をミラ
ー偏向型ライトバルブ45上に重畳照明するためのレン
ズである。そして、符号の100は本実施の形態3にお
ける投写型表示装置を示している。
3の投写型表示装置の動作を説明する。
鏡31により集光され、一方の焦点に収束する。収束し
た光は、カラーホイール47によって白色光が時系列的
に青、緑、赤の色成分の光に分離され、それぞれの色成
分の光が選択的に透過される。透過した各色成分の光
は、コンデンサレンズ32、反射ミラー33、コンデン
サレンズ34により実質的な平行光に変換される。実質
的な平行光に変換された光は、第1のレンズアレイ板3
5に入射し、その複数のレンズ素子によって光束は多数
の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数の
レンズ素子から構成される第2のレンズアレイ板36に
収束し、重畳用レンズ37に入射される。重畳用レンズ
37を出射した光は、反射光学素子38で反射され、回
転非対称光学素子としての照明領域補正用光学素子39
に入射する。照明領域補正用光学素子39は、光束分布
を形状的に補正した後、裏面反射鏡40に入射する。裏
面反射鏡40で反射された光はミラー偏向型ライトバル
ブ45に入射する。ミラー偏向型ライトバルブ45で変
調された光は画像形成に必要な光束のみを投写レンズ4
6に入射させる。投写レンズ46はミラー偏向型ライト
バルブ45で形成される画像を拡大投写する。上記にお
いて、裏面反射鏡40は、表面鏡に比べて比較的曲率が
大きくても、焦点距離を短かくできるため、周辺の光学
部品との干渉が少なく、光学系を小型に構成できる。
は、回転非対称レンズ素子からなる照明領域補正用光学
素子39や裏面反射鏡40を採用した実施の形態1の照
明光学装置を用いて投写型表示装置を構成しているの
で、小型で高効率の投写型表示装置を構成することがで
きる。なお、ロッドレンズ63や裏面反射鏡68を採用
した実施の形態2の照明光学装置を用いて投写型表示装
置を構成した場合も、同様の効果を発揮する。
は、画像形成手段としてミラー偏向型ライトバルブを例
にあげたが、必ずしもそれにとらわれる必要性はなく、
斜め照明する照明光学装置が必要であれば、画像形成手
段としては反射型液晶パネルを用いてもよい。また、透
過型のスクリーンを用いて、背面投写の投写型表示装置
を構成してもよい。いずれも上記同様の効果を発揮す
る。
は、反射光学素子38,66と裏面反射鏡40,68と
の間に回転非対称レンズ素子からなる照明領域補正用光
学素子39,67を設けたが、これに代えて、反射光学
素子38,66を回転非対称曲面反射ミラーとしてもよ
く、同様な光束分布補正ができる。
を採用することを前提にした照明光学装置において、回
転非対称レンズ素子や反射素子などからなる照明領域補
正用光学素子を設けて照明領域の形状歪みを補正し、被
照明対象に対してその領域に相似形の照明領域の状態で
照明を行うことができるため、小型化できるとともに被
照明対象に対して効率の良い均一な照明を行うことがで
きるという効果を所期通りに十分に発揮させることを確
保しつつも、被照明対象に対する照明領域のずれに起因
する光損失を極力軽減し、光利用効率の高い十分に明る
い照明を行うことができる。
を照明光学手段として採用している投写型表示装置にお
いては、画面が明るくて視認性の十分良好な画像投写を
行うことができる。
投写型表示装置の構成を示す平面図
投写型表示装置の構成を示す側面図
説明図
投写型表示装置の構成を示す平面図
成を示す平面図
成を示す側面図
型表示装置の構成を示す平面図
子) 67…照明領域補正用光学素子(回転非対称レンズ素
子) 40,68…裏面反射鏡 45,80…ミラー偏向型ライトバルブ 46,81…投写レンズ 47…カラーホイール(回転式カラーフィルタ) 50…ライトバルブの表示領域 51,52…照明光の照明領域 62…反射ミラー 63…ロッドレンズ 100…投写型表示装置
Claims (14)
- 【請求項1】 インテグレータ光学系を備えて被照明対
象に対する照明領域が光路途中で変形を受ける配置状況
で構成された照明光学装置において、変形を受ける照明
領域を補正するための照明領域補正用光学素子を設けて
あることを特徴とする照明光学装置。 - 【請求項2】 光源からの光を集光し、複数の微小ミラ
ーが2次元的に配置されたミラー偏向型ライトバルブに
照明する照明光学装置であって、光源と、前記光源から
の放射光を集光する集光手段と、複数のレンズ素子から
構成され前記集光手段からの光を多数の光束に分割する
第1のレンズアレイ板と、複数のレンズ素子から構成さ
れ前記第1のレンズアレイ板からの光が入射する第2の
レンズアレイ板と、前記第2のレンズアレイ板からの光
が入射して前記ミラー偏向型ライトバルブの表示領域に
前記表示領域と相似形な照明ができるように補正する照
明領域補正用光学素子とを備えていることを特徴とする
照明光学装置。 - 【請求項3】 光源からの光を集光し、複数の微小ミラ
ーが2次元的に配置されたミラー偏向型ライトバルブに
照明する照明光学装置であって、光源と、前記光源から
の放射光を集光する集光手段と、入射光を多重反射させ
て均一光を出射させるロッドレンズと、前記ロッドレン
ズからの光が入射して前記ミラー偏向型ライトバルブの
表示領域に前記表示領域と相似形な照明ができるように
補正する照明領域補正用光学素子とを備えていることを
特徴とする照明光学装置。 - 【請求項4】 前記照明領域補正用光学素子がゼルニケ
多項式で表現される曲面のレンズ素子とされていること
を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記
載の照明光学装置。 - 【請求項5】 前記照明領域補正用光学素子がゼルニケ
多項式で表現される曲面の反射素子とされていることを
特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載
の照明光学装置。 - 【請求項6】 前記照明領域補正用光学素子と前記ミラ
ー偏向型ライトバルブとの間に裏面反射光学素子を配置
してあることを特徴とする請求項1から請求項5までの
いずれかに記載の照明光学装置。 - 【請求項7】 前記裏面反射光学素子の反射面が球面と
されていることを特徴とする請求項6に記載の照明光学
装置。 - 【請求項8】 前記裏面反射光学素子の反射面が非球面
とされていることを特徴とする請求項6に記載の照明光
学装置。 - 【請求項9】 前記インテグレータ光学系がレンズアレ
イ板の構成とされていることを特徴とする請求項1から
請求項8までのいずれかに記載の照明光学装置。 - 【請求項10】 前記インテグレータ光学系がロッドレ
ンズの構成とされていることを特徴とする請求項1から
請求項8までのいずれかに記載の照明光学装置。 - 【請求項11】 光源からの光を集光し画像形成手段に
照明する照明光学手段と、前記照明光学手段からの光が
入射して映像信号に応じて画像を形成する画像形成手段
と、前記画像形成手段からの画像光が入射してその画像
をスクリーン上に拡大投写する投写レンズとを備えて構
成されており、前記照明光学手段として、上記の請求項
1から請求項10までのいずれかに記載の照明光学装置
を採用してあることを特徴とする投写型表示装置。 - 【請求項12】 前記画像形成手段がミラー偏向型ライ
トバルブとされていることを特徴とする請求項11に記
載の投写型表示装置。 - 【請求項13】 前記画像形成手段が反射型液晶パネル
とされていることを特徴とする請求項11に記載の投写
型表示装置。 - 【請求項14】 前記光源からの白色光を時系列的に
青、緑、赤の色成分の光に分離するカラーホイールを備
えていることを特徴とする請求項11から請求項13ま
でのいずれかに記載の投写型表示装置。
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