JP2002139698A - 集光光学系システムおよび画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 傾斜角によってＤＭＤへの入射光束のＦ値が
制約されて、光学系の明るさが制約されてしまうという
課題があった。 【解決手段】 Ｆ１＝１の光束を受光するロッドインテ
グレータ５の入射端面サイズｗをＤＭＤ１１の反射面サ
イズＷの１／２倍に設定し、ロッドインテグレータ５の
出射光束の位置情報を第１レンズ群６によって広がり角
情報にフーリエ変換し、干渉成分２１を発生させる部分
光束２４Ｚを変形絞り７によって一括して遮蔽除去し、
変形絞り７の出射光線から第２レンズ群９によって非対
称光束２４を生成してＤＭＤ１１へ照射するようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、反射型光空間変
調素子であるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ
^ＴＭ，Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄ
ｅｖｉｃｅの略、以下ＤＭＤ）へ光を集光する集光光学
系システムおよびこの集光光学系システムを用いた画像
表示装置に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】ＤＭＤは、例えば投影型スクリーンを備
えた画像表示装置などに適用され、デジタル画像情報に
基づいて空間的に光を強度変調する反射型の半導体素子
である。集光光学系システムからリア面で光を受けて投
影光学系システムへフロント面から強度変調光を出射す
る透過型の液晶方式と異なり、ＤＭＤを用いた画像表示
装置は、集光光学系システムと投影光学系システムとを
ＤＭＤの反射面側に設けて反射光学系システムを構成し
ている。

【０００３】ＤＭＤの反射面には１６μｍ平方角の微小
ミラーが１７μｍのピッチで２次元マトリクス状に画面
を構成する画素数相当、具体的には数十万個以上が配置
されている。この微小ミラーは画像の一画素と一対一に
対応しており、集光レンズを介してランプ光源からの光
をＤＭＤが反射面で受けると、各微小ミラーはデジタル
画像情報にしたがって光を強度変調する。強度変調され
た光は、時間的なＯＮ／ＯＦＦ制御によって画像情報光
として反射面から出射する。

【０００４】図１２はＤＭＤの反射面の一部を拡大した
図である。図１２において、１０１はＤＭＤの反射面、
１０２は反射面１０１に設けられた正方形形状の微小ミ
ラー、Ｏは微小ミラー１０２を傾斜制御するための回転
軸である。微小ミラー１０２はその対角線上に回転軸Ｏ
を有しており、この微小ミラー１０２への入射主光線の
入射方向は、反射面１０１に対して他方の対角線と平行
になるように、そして反射面１０１の法線に対して２０
°の入射角となるように設定される。

【０００５】各微小ミラー１０２は、メモリのデジタル
画像情報に基づくコントロール電圧によって回転軸Ｏを
中心としてＯＮ／ＯＦＦの２値制御を行うことができ
る。それぞれの傾斜角度は±１０°に設定されて入射光
の反射方向をスイッチする。この微小ミラー１０２の傾
斜制御の動作について次に説明する。

【０００６】図１３は微小ミラーの傾斜制御の動作を説
明するための図である。図１３において、１０１はＤＭ
Ｄの反射面であり、ここでは反射面１０１を水平として
ある。１０２Ａは反射面１０１とのなす傾斜角が＋１０
°の場合の微小ミラー、１０２Ｂは反射面１０１とのな
す傾斜角が−１０°の場合の微小ミラー、Ｏは微小ミラ
ー１０２Ａ，１０２Ｂの回転軸である。図１３では、回
転軸Ｏを中心に時計周りの方向を＋の傾斜角、反時計周
りの方向を−の傾斜角としている。

【０００７】１０３は不図示の集光光学系システムから
微小ミラー１０２Ａ，１０２Ｂへ入射する入射主光線、
１０４Ａは微小ミラー１０２Ａからの出射主光線、１０
４Ｂは微小ミラー１０２Ｂからの出射主光線、１０５は
スクリーン、１０５Ａは微小ミラー１０２Ａ，１０２Ｂ
と対応するスクリーン１０５の一絵素、１０６はＤＭＤ
の反射面１０１とスクリーン１０５との間に設けられた
投影光学系システムの投影レンズであり、投影レンズ１
０６は出射主光線１０４Ａを一絵素１０５Ａへ投影す
る。

【０００８】入射主光線１０３は反射面１０１の法線ｎ
と２０°の角度をなして微小ミラー１０２Ａまたは１０
２Ｂへ入射している。スクリーン１０５の一絵素１０５
Ａへ光を投影する場合には、コントロール電圧によって
傾斜角を＋１０°に傾斜制御する。このとき、入射主光
線１０３は微小ミラー１０２Ａの法線ｎＡと１０°の角
度をなして微小ミラー１０２Ａへ入射することになる。
したがって反射の法則により、入射主光線１０３は反射
面１０１の法線ｎの方向へ反射主光線１０４Ａとして反
射され、投影レンズ１０６を介してスクリーン１０５の
一絵素１０５Ａを明るくする（ＯＮ状態）。

【０００９】また、スクリーン１０５の一絵素１０５Ａ
へ光を投影しない場合には、コントロール電圧によって
傾斜角を−１０°に傾斜制御する。このとき、入射主光
線１０３は微小ミラー１０２Ｂの法線ｎＢと３０°の角
度をなして微小ミラー１０２Ｂへ入射することになる。
したがって反射の法則により、入射主光線１０３は反射
面１０１の法線ｎと４０°の角度をなす方向へ反射主光
線１０４Ｂとして反射される。反射主光線１０４Ｂは、
投影レンズ１０６の開口から外れる方向へ向うので、ス
クリーン１０５の一絵素１０５Ａを明るくしない（ＯＦ
Ｆ状態）。

【００１０】このように、ＤＭＤでは、微小ミラー１０
２Ａ，１０２Ｂを通常±１０°の傾斜角でＯＮ／ＯＦＦ
制御する。傾斜角＋１０°（―１０°）から傾斜角―１
０°（＋１０°）へ変化させる際の所要時間は１０μｓ
ｅｃ以下であり、ＤＭＤは光を高速変調することができ
る。

【００１１】図１３から分かるように、微小ミラー１０
２Ａ，１０２Ｂは傾斜角±１０°で傾斜制御されるの
で、ＯＦＦ状態の場合の入射主光線１０３と出射主光線
１０４Ｂとは６０°の角度をなす。一方、ＯＮ状態の場
合の入射主光線１０３と出射主光線１０４Ａとは２０°
の角度をなして最も接近する。このことを踏まえると、
ＤＭＤへ入射可能な光束のＦ値は微小ミラーの傾斜角±
１０°によって制約されることが分かる。

【００１２】図１４はＦ＝３の円錐形の光束がＯＮ状態
の微小ミラーへ入射する状態を表す図である。図１３と
同一または相当する構成については同一符号を付してあ
る。図１４において、１０７，１０８はそれぞれ微小ミ
ラーの中心を頂点とするＦ＝３（広がり角１０°、立体
角）の円錐形の入射光束、出射光束である。入射光束１
０７，出射光束１０８は、微小ミラーの中心から観測し
たときの入射側、出射側の光の広がり方の様子をそれぞ
れ表している。

【００１３】１０７Ａ，１０７Ｂは入射光束１０７に含
まれる入射光線であり、１０８Ａ，１０８Ｂは出射光束
１０８に含まれる出射光線である。入射光線１０７Ａは
出射主光線１０４Ａに最も近く、入射光線１０７Ｂは出
射主光線１０４Ａに最も遠くなっている。また、出射光
線１０８Ａは入射主光線１０３に最も近く、出射光線１
０８Ｂは入射主光線１０３に最も遠くなっている。

【００１４】つまり、入射光線１０７Ａ，１０７Ｂはそ
れぞれ最も外側の入射光束であり、入射主光線１０３と
広がり角θ＝１０°をなして微小ミラー１０２Ａへ入射
して、微小ミラー１０２Ａで反射されてそれぞれ出射光
線１０８Ａ，１０８Ｂになる。１０９Ａは光軸ｎＡと直
交する平面であり、平面１０９Ａで切断した場合の図１
４（ａ）の入射光束１０７，出射光束１０８を図１４
（ｂ）に示している。図１４（ｂ）では、便宜的に光線
１０３，１０４Ａを平行とみなした場合の入射光束１０
７，出射光束１０８を示している。

【００１５】図１４（ａ）のＯＮ状態の微小ミラー１０
２Ａにおいて、入射主光線１０３と出射主光線１０４Ａ
とは２０°の角度をなしているので、入射主光線１０３
を中心にした入射光束１０７の広がり角θをどの方向に
ついても一定量と設定してあると、角度θ＝１０°の場
合に入射光線１０７Ａ，出射光線１０８Ａが同一の法線
ｎＡ上において一致する（図１４（ｂ））。

【００１６】したがって、角度θが１０°を超えると、
入射光線１０７Ａを含む入射光束１０７の一部と、出射
光線１０８Ａを含む出射光束１０８の一部とが干渉して
しまう。すなわち、入射光束を与える照明光学系と出射
光束を取り込む投影光学系とが構造上重なってしまうこ
とになる。このような理由によって、入射光束１０７と
出射光束１０８との干渉を避けて角度θを１０°に設定
する。

【００１７】このとき、空気中の屈折率を１としてＦ＝
１／［２ｓｉｎ（θ）］からＦ値を求めると、Ｆ値の最
小値は約３であることが分かる。一般に、Ｆ値は光学系
の明るさを表しており、Ｆ値が小さいほど（θが大きい
ほど）光学系は明るくなるので、傾斜角±１０°で傾斜
制御される微小ミラー１０２Ａへ光を集光する従来の集
光光学系システムでは、Ｆ＝３，すなわちθ＝１０°の
円錐形の光束を入射する場合に、最も明るい光学系を作
ることができる。

【００１８】続いて、ＤＭＤ用の集光光学系システムを
用いた画像表示装置について説明する。図１５は従来の
集光光学系システムを用いた画像表示装置の構成を示す
図である。図１５において、１１１は光を発する発光
体、１１２は発光体１１１を焦点に備える回転放物面形
状のパラボラリフレクタであり、発光体１１１，パラボ
ラリフレクタ１１２からランプ光源が構成されている。
１１３はパラボラリフレクタ１１２が反射した光を集光
する集光レンズ、１１４は集光レンズ１１３からの光を
３原色に色分離するカラーホイールである。以下では、
１枚のカラーホイールを用いてＲＧＢ３原色を時分割で
照射し、３原色による色空間を再現できる単板方式で説
明を進めるが、ＲＧＢ３原色をそれぞれ独立にＤＭＤへ
照射する３板方式の場合もある。

【００１９】１１５はカラーホイール１１４からの光を
入射端面で受け、輝度分布を均一化した光を出射端面か
ら出射する４角柱形状のロッドインテグレータ、１１６
はロッドインテグレータ１１５からの光をリレーするリ
レーレンズ、１１８は光路を折り曲げる折り返しミラ
ー、１１９は入射光束中の各点の主光線方向をそろえる
フィールドレンズである。

【００２０】１２０はＴＩＲプリズムであり、投影光学
系システムの入射部によって入射光束がケラレるのを防
止するため、入射光束のみ全反射し、出射光束は直進さ
せてそのまま通過させることで集光光学系システムと投
影光学系システムとを構造的に分離する働きをしてい
る。１２１は前述したＤＭＤ、１２２はＤＭＤ１２１の
強度変調光を結像させる投影レンズ、１２３は投影レン
ズ１２２が結像した光を背面から受光して画像を表示す
る背面投影型のスクリーン、１２４は画像表示装置の各
構成要素が共有する光軸である。

【００２１】次に動作について説明する。パラボラリフ
レクタ１１２の焦点には、できるかぎり点光源を目指し
た発光体１１１が設置されているので、発光体１１１が
発した光はパラボラリフレクタ１１２によって反射され
て概ね平行光として出射する。集光レンズ１１３は、パ
ラボラリフレクタ１１２からの平行光をＦ１＝１（光軸
１２４とのなす広がり角θ１＝３０°）の円錐形の光束
として焦点に集光する。カラーホイール１１４を利用す
る場合には集光径を小さくする必要があるため、Ｆ＝１
が最適なＦ値として一般的に選ばれる。

【００２２】集光レンズ１１３の焦点にはロッドインテ
グレータ１１５の入射端面が設置してあり、カラーホイ
ール１１４によって指定した色のみが選択された光は、
矩形形状の入射端面からロッドインテグレータ１１５へ
入射する。ロッドインテグレータ１１５へ入射した光
は、ロッドインテグレータ１１５の側面を複数回反射す
ることによって平均化され、出射端面では面内でほぼ均
一な光強度分布になる。

【００２３】ロッドインテグレータ１１５の出射端面か
ら出射した光は、入射端面への入射光と同様にＦ１＝１
で出射し、リレーレンズ１１６、折り返しミラー１１
８、フィールドレンズ１１９を介してＴＩＲプリズム１
２０へ入射する。ＴＩＲプリズム１２０への入射光はＴ
ＩＲプリズム１２０内部で反射され、ＤＭＤ１２１へ照
射されると、ＤＭＤ１２１はデジタル画像情報により画
像情報を光束に与えて強度変調光を出射する。このとき
ＤＭＤ１２１へ向う光はＦ＝３が最適値として選ばれて
いる。ＤＭＤ１２１が出射した画像情報光は、ＴＩＲプ
リズム１２０を再び透過して投影レンズ１２２からスク
リーン１２３へと投影される。

【００２４】以上の画像表示装置では、ロッドインテグ
レータ１１５の入射端面への入射光束のＦ値とＤＭＤ１
２１の反射面への入射光束のＦ値とによって、ロッドイ
ンテグレータ１１５の入射端面・出射端面とＤＭＤ１２
１の反射面とのサイズ比が決定される。

【００２５】図１６はロッドインテグレータおよびＤＭ
Ｄの関係を説明するための図である。図１５と同一また
は相当する構成については同一の符号を付してあり、折
り返しミラー１１８、フィールドレンズ１１９、ＴＩＲ
プリズム１２０などは図示を省略するとともに、フィー
ルドレンズ１１９の特性はリレーレンズ１１６に含めて
図示している。本来はＤＭＤへの入射光はＤＭＤ光軸に
対して２０°の方向から入射するが、以下ではＤＭＤへ
の入射条件のみを論じるので、入射主光線をＤＭＤへ垂
直に入射した場合の図も便宜的に用いることにする。

【００２６】図１６において、ｗはロッドインテグレー
タ１１５の入射端面および出射端面の１辺長、ａはロッ
ドインテグレータ１１５からリレーレンズ１１６までの
光軸１２４の長さ、ｂはリレーレンズ１１６からＤＭＤ
１２１までの光軸１２４の長さ、ＷはＤＭＤ１２１の反
射面の１辺長である。

【００２７】また、θ１はロッドインテグレータ１１５
の出射端面からの光束が光軸１２４となす開き角、θ２
はＤＭＤ１２１の反射面へ入射する光束が光軸１２４と
なす開き角である。一般に、角度θ１，θ２がさほど大
きくない場合には、ｗ／Ｗ＝ａ／ｂ＝θ２／θ１＝Ｆ１
／Ｆ２の関係式が近似的に成り立つ。

【００２８】カラーホイール１１４を使用するためにθ
１＝３０°（Ｆ＝１）としてあり、また傾斜角±１０°
で傾斜制御されるＤＭＤ１２１の使用条件からθ２＝１
０°（Ｆ２＝３）としているので、ｗ／Ｗ＝ａ／ｂ＝Ｆ
１／Ｆ２＝１／３の関係式が得られる。つまり、図１６
の光学系では、リレーレンズ１１６を媒介して、１辺長
ｗのロッドインテグレータ１１５からの光が１辺長Ｗの
ＤＭＤ１２１へ倍率Ｗ／ｗ＝３で光が照射されている。
このように、ＤＭＤ１２１の反射面サイズと角度θ１，
θ２とが決定されると、ロッドインテグレータ１１５の
出射端面（入射端面）サイズも自動的に決定される。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】従来の集光光学系シス
テムは以上のように構成されているので、傾斜角によっ
てＤＭＤへの入射光束のＦ値が制約されて、ロッドイン
テグレータの入射端面を大きくして損失を軽減すること
ができず、光学系の明るさが制約されてしまうという課
題があった。

【００３０】上の課題について具体的に説明する。図１
５の画像表示装置に適用した集光光学系システムでは、
できる限り点光源を目指した発光体１１１から全方向へ
出射された光をパラボラリフレクタ１１２と集光レンズ
１１３とによってＦ１＝１（光軸１２４とのなす開き角
が３０°）の光線を変換してロッドインテグレータ１１
５の入射面上へ集光している。図１７（ｂ）に示すよう
に、このときのロッドインテグレータ１１５の入射面１
１５Ａへの集光分布１２５は光軸１２４に対して回転対
象体となっている。

【００３１】ここで、もしランプ光源の大きさが無限小
であれば、ロッドインテグレータ１１５上での集光面積
もゼロになり、全ての光がロッドインテグレータ１１５
内に取り込まれる。しかしながら、実際には、発光体１
１１は有限の大きさを持っており、全方向へ出射された
光を開き角３０°まで縮めることは、リレーレンズと同
様の原理によって、ランプ光源の大きさが拡大投影され
てロッドインテグレータ１１５の入射面上に投影像とし
て照射される。

【００３２】このランプ光源の投影像１２５Ａは、ロッ
ドインテグレータ１１５の入射面１１５Ａよりも大きく
（図１７（ｃ））、ランプ光源からの全ての光が入射面
１１５Ａへ取り込まれるわけではなく、一部の光はケラ
レて無駄になっており、全体の光利用効率の低下につが
っている。

【００３３】この光のケラレを減少させるためにロッド
インテグレータ１１５の入射端面を大きくしようとする
と、前述したように、集光レンズ１１３からの光のＦ値
（Ｆ１＝１）と、ＤＭＤ１２１への光のＦ値（Ｆ２＝
３）とが定まっているため、倍率Ｗ／ｗ＝３の関係を満
たすようにＤＭＤ１２１のサイズを大きくしなければな
らず、コストアップにつながってしまう。

【００３４】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、傾斜角によるＤＭＤへの入射
光束のＦ値の制約を受けることなく、ロッドインテグレ
ータの入射端面を大きくして損失を軽減し、光学系の明
るさを改善することができるＤＭＤ用の集光光学系シス
テムおよびこの集光光学系システムを用いた画像表示装
置を構成することを目的とする。

【００３５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る集光光学
系システムは、ロッドインテグレータからの光線の出射
端面における位置情報を、ロッドインテグレータの光軸
と光線とがなす広がり角情報に変換したフーリエ変換面
を作り出す第１レンズ群と、フーリエ変換面の近傍に配
置され、ＯＮ状態の微小ミラーにおいて干渉成分となる
部分光束を広がり角情報にしたがって遮蔽除去する遮蔽
部を有する変形絞りと、変形絞りを透過した光線を受光
して、デジタルマイクロミラーデバイスへ第２のＦ値の
光束を入射する第２レンズ群とからリレー系を構成する
ようにしたものである。

【００３６】この発明に係る集光光学系システムは、集
光レンズの光軸と直交する第１の座標軸方向の幅をデジ
タルマイクロミラーデバイスの傾斜角で決まるＦ値を基
に設定し、集光レンズの光軸および第１の座標軸とそれ
ぞれ直交する第２の座標軸方向の平行光の幅を第１の座
標軸方向の平行光の幅よりも大きくして出射する平行光
変換手段をランプ光源と集光レンズとの間に備え、デジ
タルマイクロミラーデバイスの回転軸と第２の座標軸方
向とを平行にしてリレー系が光束をリレーするようにし
たものである。

【００３７】この発明に係る集光光学系システムは、集
光レンズの光軸と一致する光軸を備え、第１の座標軸方
向にのみレンズ作用を有するシリンドリカルレンズ群を
平行光変換手段とするようにしたものである。

【００３８】この発明に係る集光光学系システムは、第
１の座標軸方向においてのみ、集光レンズの光軸に対し
て斜めに出射されたランプ光源からの平行光を集光レン
ズの光軸と平行な方向へ屈折するプリズムを平行光変換
手段とするようにしたものである。

【００３９】この発明に係る集光光学系システムは、光
を発する発光体および発光体を焦点に備えたパラボラリ
フレクタからランプ光源が構成され、パラボラリフレク
タの開口に設けらた開口板を平行光変換手段とするよう
にしたものである。

【００４０】この発明に係る集光光学系システムは、ロ
ッドインテグレータの光軸と直交する第１の座標軸方向
にのみ第１のレンズ作用を有する第１のシリンドリカル
レンズ群と、ロッドインテグレータの光軸および第１の
座標軸とそれぞれ直交する第２の座標軸方向にのみ第２
のレンズ作用を有する第２のシリンドリカルレンズ群と
からリレー系を構成するようにしたものである。

【００４１】この発明に係る集光光学系システムは、デ
ジタルマイクロミラーデバイスが有するＯＮ状態の微小
ミラーの法線に対して、微小ミラーの傾斜角よりも大き
な入射角で入射光束の主光線をリレー系が微小ミラーへ
入射するようにしたものである。

【００４２】この発明に係る画像表示装置は、上記の集
光光学系システムと、マイクロミラーデバイスから出射
した光束を投影する投影レンズと、投影レンズからの光
束を結像するスクリーンとを備えるようにしたものであ
る。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による集
光光学系システムを用いた画像表示装置の構成を示す図
である。図１において、１は光を発する発光体（ランプ
光源）、２は発光体１を焦点に備える回転放物面形状の
パラボラリフレクタ（ランプ光源）であり、発光体１，
パラボラリフレクタ２からランプ光源が構成されてい
る。３はパラボラリフレクタ２が反射した光を集光する
集光レンズ、４は集光レンズ３からの光を３原色に色分
離するカラーホイールである。以下では、１枚のカラー
ホイールを用いてＲＧＢ３原色を時分割で照射し、３原
色による色空間を再現できる単板方式で説明を進める
が、ＲＧＢ３原色をそれぞれ独立にＤＭＤへ照射する３
板方式の場合もある。

【００４４】５はカラーホイール４からの光を入射端面
で受け、輝度分布を均一化した光を出射端面から出射す
る４角柱形状のロッドインテグレータ、６はロッドイン
テグレータ５からの光を平行化する第１レンズ群（リレ
ー系、図１では単レンズで図示）、７はロッドインテグ
レータ５からの出射光束を整形する変形絞り（リレー
系）、８は光路を折り曲げる折り返しミラー、９は入射
光束中の各点の主光線方向をそろえる第２レンズ群（リ
レー系、図１では単レンズで図示）である。第１レンズ
群６、変形絞り７、第２レンズ群９は、この実施の形態
１を特徴付ける構成要素であり、後述する非対称光束を
生成する。

【００４５】１０はＴＩＲプリズムであり、投影光学系
システムの入射部によって入射光束がケラレるのを防止
するため、入射光束のみ全反射し、出射光束は直進させ
てそのまま通過させることで集光光学系システムと投影
光学系システムとを光学的に分離する働きをしている。
１１は傾斜角±１０°で傾斜制御される多数の微小ミラ
ーによって空間的に光を強度変調するＤＭＤ，１２はＤ
ＭＤ１１の強度変調光を結像させる投影レンズ、１３は
投影レンズ１２が結像した光を背面から受光して画像を
表示する背面投影型のスクリーン、１４は画像表示装置
の各構成要素が共有する光軸である。

【００４６】次に動作について説明する。パラボラリフ
レクタ２の焦点には、アーク長が短く点光源に近い発光
体１１が設置されているので、発光体１が発した光はパ
ラボラリフレクタ２によって反射されて概ね平行光とし
て出射する。集光レンズ３は、パラボラリフレクタ２か
らの平行光をＦ１＝１（光軸１４とのなす広がり角θ１
＝３０°）の円錐形の光束として焦点に集光する。カラ
ーホイール４を利用する場合には集光径を小さくする必
要があるため、Ｆ１＝１（第１のＦ値）が最適なＦ値と
して一般的に選ばれる。

【００４７】集光レンズ３の焦点にはロッドインテグレ
ータ５の入射端面が設置してあり、カラーホイール４に
よって指定した色のみが選択された光は、矩形形状の入
射端面からロッドインテグレータ５へ入射する。この実
施の形態１では、ＤＭＤ１１の反射面サイズＷに対し
て、ロッドインテグレータ５の入射端面（出射端面）サ
イズｗをＷ／２に設定して倍率Ｗ／ｗ＝２にしてある。
従来と比較して、ロッドインテグレータ５の入射端面サ
イズを大きく設定しているので、集光レンズ３からの受
光効率が改善されることになる。

【００４８】ロッドインテグレータ５へ入射した光は、
ロッドインテグレータ５の壁面を複数回反射することに
よって平均化され、出射端面では面内でほぼ均一な光強
度分布になる。ロッドインテグレータ５の出射端面から
出射した光は、入射端面への入射光と同様にＦ１＝１で
出射し、第１レンズ群６、変形絞り７、折り返しミラー
８、第２レンズ群９を介して非対称光束に変換され、Ｔ
ＩＲプリズム１０へ入射する。

【００４９】ＴＩＲプリズム１０へ入射した非対称光束
はＴＩＲプリズム１０内部で反射され、ＤＭＤ１１を照
射する。ＤＭＤ１１は、デジタル画像情報により非対称
光束に画像情報を与えた強度変調光を出射する。ＤＭＤ
１１より出射した強度変調光は、ＴＩＲプリズム１０を
再び透過して投影レンズ１２からスクリーン１３へと投
影される。

【００５０】さて、従来（Ｗ／ｗ＝３）と比較して受光
効率を改善するために、この実施の形態１では倍率Ｗ／
ｗ＝２に設定しているので、ｗ／Ｗ＝θ２／θ１＝Ｆ１
／Ｆ２の関係から、ＤＭＤ１１を照射する光のＦ値はＦ
２＝２（第２のＦ値、広がり角θ２＝１５°）となって
いる。Ｆ２＝２の場合には、従来の構成によると、次に
示すような問題が発生する。

【００５１】図２はＦ２＝２の円錐形の光束がＯＮ状態
の微小ミラーへ入射する状態を表す図である。図２にお
いて、１５は水平に設置したＤＭＤ反射面、ｎはＤＭＤ
反射面１５の法線、１６はＤＭＤの微小ミラー、ｎＡは
微小ミラー１６の法線である。微小ミラー１６はＯＮ状
態に傾斜制御されており、ＤＭＤ反射面１５と＋１０°
の傾斜角をなしており、このとき法線ｎＡと法線ｎとは
θ＝１０°の角度をなしている。

【００５２】１７は微小ミラー１６の中心へ入射する入
射主光線、１８は入射主光線１７を中心としたＦ２＝２
（広がり角１５°、立体角）の入射光束、１８Ａ，１８
Ｂはそれぞれ入射光束１８に含まれる入射光線、１９は
微小ミラー１６で入射主光線１７が反射された出射主光
線、２０は出射主光線１９を中心としたＦ２＝２の出射
光束、２０Ａ，２０Ｂはそれぞれ出射光束２０に含まれ
る出射光線である。

【００５３】入射光束１８，出射光束２０は、微小ミラ
ー１６から観測したときの入射側、出射側の光の広がり
方の様子をそれぞれ表している。入射光線１８Ａは出射
主光線１９に最も近く、入射光線１８Ｂは出射主光線１
９に最も遠くなっている。また、出射光線２０Ａは入射
主光線１７に最も近く、出射光線２０Ｂは入射主光線１
７に最も遠くなっている。

【００５４】つまり、入射光線１８Ａ，１８Ｂはそれぞ
れ最も外側の入射光束中の光線であり、入射主光線１７
と角度θ２＝１５°をなして微小ミラー１６へ入射し、
微小ミラー１６で反射されてそれぞれ出射光線２０Ａ，
２０Ｂになる。

【００５５】２１は入射光束１８と出射光束２０との干
渉成分、２２Ａは入射主光線１７と直交する平面、２２
Ｂは出射主光線１９と直交する平面であり、平面２２Ａ
で切断した入射光束１８、平面２２Ｂで切断した出射光
束２０の断面をともに図２（ｂ）に示している。図２
（ｂ）では、便宜的に入射主光線１７、出射主光線１９
を平行とみなしている。比較のために、図１２（ｂ）を
図２（ｃ）に再掲する。

【００５６】傾斜角±１０°で傾斜制御される微小ミラ
ー１６において、入射主光線１７は法線ｎＡと角度θ＝
１０°をなしており、反射の法則により、出射主光線１
９は法線ｎＡと角度θ＝１０°をなすので、入射主光線
１７と出射主光線１９とは２０°の角度をなしている。
このような場合に、広がり角θ２＝１５°の入射光束１
８が微小ミラー１６へ入射すると、入射光束１８と出射
光束２０との間で干渉成分２１（図２の斜線部分）が発
生する。

【００５７】図２（ｂ）と図２（ｃ）とを比較すると、
広がり角θ２＝１５°にした図２（ｂ）の方が、広がり
角を１０°にした従来の図２（ｃ）よりも光束の断面積
が大きくなって光利用の照明効率を向上できるが、干渉
成分２１が発生してしまうため、Ｆ２＝３より小さなＦ
値の入射光束はＤＭＤへ入射できないものと考えていた
のが従来の設計基準であった。

【００５８】この干渉成分２１の発生を回避するように
光学系の設計を制約しなければならないという考え方が
従来の基本設計であり、この考え方に立脚して構成した
光学系では、ＤＭＤの傾斜角によって決まるＦ値が制約
されて、画像表示装置の明るさを改善することができな
い。

【００５９】これに対して、この実施の形態１では、従
来の基本設計に全く則らず、Ｆ値がＦ２＝２の光束をＤ
ＭＤへ入射するようにして光学系の明るさを改善してい
る。このときに、Ｆ２＝２の入射光束から干渉成分２１
を除去した非対称光束を生成するために、第１レンズ群
６、変形絞り７、第２レンズ群９をリレー系として設け
ている。以下、第１レンズ群６、変形絞り７、第２レン
ズ群９の具体的な動作について詳述する。

【００６０】図３は第１レンズ群６および第２レンズ群
９の働きを説明するための図である。図１と同一または
相当する構成については同一の符号を付してあり、説明
の便宜上、折り返しミラー８やＴＩＲプリズム１０の図
示を省略して、ＤＭＤ１１の反射面に対して入射主光線
を垂直に入射している。

【００６１】図３において、２３はロッドインテグレー
タ５の出射端面上の３点Ａ，Ｂ，Ｃからそれぞれ出射し
たＦ＝１の各光束である。ここでは点Ａ，Ｂ，Ｃからの
光束２３を代表として考える。点Ａから出射する光束２
３（１点破線）、点Ｂから出射する光束２３（実線）、
点Ｃから出射する光束２３（破線）はいずれもＦ１＝１
でロッドインテグレータ５の出射端面から出射してい
る。

【００６２】各光束２３の主光線には○印をそれぞれ付
しており、○印の各主光線とθ１＝３０°の広がり角を
なして出射する互いに平行な各光線には×印、△印をそ
れぞれ付してある。このうち×印の光線とその近傍の光
線が図２の干渉成分２１になるものとする。

【００６３】ロッドインテグレータ５の出射端面上の点
Ａ〜Ｃから広がり角θ１＝３０°でそれぞれ出射した各
光束２３は、第１レンズ群６へ入射する。第１レンズ群
６は、各光束２３に含まれる光線を全て平行化するよう
に作用するので、各点Ａ〜Ｃから出射した×印、○印、
△印の各光線は、光軸１４と直交するフーリエ変換面７
Ａ上の点Ｄ，Ｅ，Ｆにそれぞれ集められる。

【００６４】すなわち、第１レンズ群６は、ロッドイン
テグレータ５の出射端面の位置情報を広がり角情報に２
次元フーリエ変換している。したがって、フーリエ変換
面７Ａ上の各点Ｄ〜Ｆでは、広がり角θ１が等しい光線
は全て同一の１点に集光され、×印の光線、○印の光
線、△印の光線は、点Ｄ，Ｅ，Ｆにそれぞれ集まる。

【００６５】点Ｄ〜Ｆを透過した各光線は第２レンズ群
９へ入射する。第２レンズ群９は、ＤＭＤ１１反射面の
各点Ｇ，Ｈ，ＩへＦ２＝２の光束を入射する働きをして
いる。各点Ｇ〜Ｉへ入射する光束では、○印を付した各
主光線に対して、×印の光線と△印の光線とは広がり角
θ２＝１５°をなしている。

【００６６】図４はロッドインテグレータからの出射光
束、変形絞りおよび非対称光束の断面形状を示す図であ
る。図４（ａ）はロッドインテグレータから出射したＦ
＝１の出射光束２３の断面形状、図４（ｂ）は変形絞り
７の断面形状、図４（ｃ）はＤＭＤ１１へ入射する非対
称光束の断面形状である。図１，３と同一または相当す
る構成については、同一の符号を付してある。ＤＭＤお
よびＴＩＲプリズムの特性から、変形絞りの断面形状は
図４に示されるように、わずかに湾曲するＤ字形が最適
となる。

【００６７】図４において、７Ｚは変形絞り７に設けら
れた遮蔽部であり、干渉成分を発生させる光線を遮蔽除
去する。遮蔽部７Ｚ以外の部分は変形絞り７のＤ字形開
口である。２４は変形絞り７によって形成された非対称
光束、２４Ｚは変形絞り７の遮蔽部７Ｚによって遮蔽除
去された部分光束であり、部分光束２４Ｚが図２の干渉
成分２１を発生させる。

【００６８】図５は変形絞り９の働きを説明するための
図である。図１，３と同一または相当する構成について
は同一の符号を付してある。図５では、第１群レンズ６
と第２群レンズ９からなる図３の光学系において、図４
（ｂ）の変形絞り７を光軸１４に開口を直交させてフー
リエ変換面７Ａの近傍に設置している。

【００６９】フーリエ変換面７Ａに設置された変形絞り
７は、干渉成分２１に含まれる×印の光線とその近傍の
光線（干渉成分２１を発生する部分光束２４Ｚ）を遮蔽
部７Ｚによって一括して遮蔽除去する。したがって、図
５では、○印の主光線と２０°の角度をなす□印の光線
（広がり角２０°）と、○印の主光線と３０°の角度を
なす△印の光線および○印の主光線が、変形絞り７の開
口を通過して第２レンズ群９へ入射する。以上では、変
形絞りが明らかな開口を有するように説明したが、円形
部分は入射側で制限されている場合、図４の遮蔽部７Ｚ
のみで同等の作用を得ることができる。

【００７０】第２レンズ群９は、ＤＭＤ１１の点Ｇ〜Ｉ
を照射する。点Ｇ〜Ｉへは、破線の光線、実線の光線、
一点破線の光線がそれぞれ集光され、×印を付した光線
は変形絞り７によって遮蔽除去されているので、点Ｇ〜
Ｈへ入射する○印の主光線に対して広がり角１５°の△
印の光線、広がり角２０°の□印の光線を含んだ各非対
称光束２４がＤＭＤ１１へ入射する。以上のように、第
１レンズ群６，変形絞り７，第２レンズ群９によって非
対称光束２４を作り出している。

【００７１】図６は非対称光束がＯＮ状態の微小ミラー
へ入射する状態を表す図である。図２と同一または相当
する構成については同一の符号を付してある。ここでの
リレー系は従来と同様の構成であっても良い。ＤＭＤの
微小ミラー１６へ入射する非対称入射光束１８Ｚは、入
射光線１８Ｂや入射光線１８Ｃを含んでいる。入射光線
１８Ｂは図３，５の△印を付した光線に相当する。ま
た、入射光線１８Ｃは変形絞り７の遮蔽部７Ｚによって
遮蔽除去された図２の干渉成分２１と接する光線であ
り、図５の□印を付した光線に相当し、微小ミラー１６
の反射によって出射光線２０Ｃになる。

【００７２】非対称光束１８Ｚは、図６（ｂ）に示した
従来の光束１０７，１０８と比較して、ＤＭＤ１１の微
小ミラー１６をより多く照明できるようになっており、
かつ、入射主光線１７に対して非対称な断面形状を有し
ているので、非対称出射光束２０Ｚと干渉することなく
微小ミラー１６によって反射される。図６（ｂ）の斜線
を施した部分がこの実施の形態１の効果であり、照明効
率の改善結果に相当する。

【００７３】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、Ｆ１＝１の光束を受光するロッドインテグレータ５
の入射端面サイズｗをＤＭＤ１１の反射面サイズＷの１
／２倍に設定するとともに、ロッドインテグレータ５の
出射光束の位置情報を第１レンズ群６によって広がり角
情報にフーリエ変換し、干渉成分２１を発生させる部分
光束２４ＺをＤ字形開口の変形絞り７によって一括して
遮蔽除去し、変形絞り７の出射光線から第２レンズ群９
によって非対称光束２４を生成してＤＭＤ１１へ照射す
るようにしたので、ＤＭＤ１１の傾斜角によって入射光
束のＦ値を制約されることなく、光学系の明るさを改善
することができるという効果が得られる。

【００７４】なお、遮蔽部７Ｚの形状は、ＤＭＤ１１へ
入射する光束のＦ値や入射角に応じて、干渉成分２１が
発生しないように設計する。

【００７５】実施の形態２．実施の形態１では、干渉成
分となる光線を遮蔽除去した非対称光束を用いた例につ
いて説明したが、この実施の形態２では、楕円断面形状
を有する光束について説明する。

【００７６】図７はこの発明の実施の形態２による集光
光学系システムを用いた画像表示装置の構成を示す図で
ある。図７では、光軸１４の方向にｚ軸、ｚ軸と垂直に
ｘ軸（第１の座標軸）とｙ軸（第２の座標軸）とをそれ
ぞれ設定しており、図７（ａ）はｘ−ｚ面における断面
図、図７（ｂ）はｙ−ｚ面における断面図である。図１
と同一または相当する構成については同一の符号を付し
てある。

【００７７】図７において、２５，２６はランプ光源と
集光レンズ３との間にそれぞれ設けられたシリンドリカ
ルレンズ（平行光変換手段、シリンドリカルレンズ群）
である。シリンドリカルレンズ２５，２６は、ｘ軸方向
にのみレンズ作用を有しており、シリンドリカルレンズ
２５は正レンズ、シリンドリカルレンズ２６は負レンズ
として働く。図７（ａ）のｘ軸方向において、ランプ光
源からの平行光は、シリンドリカルレンズ２５，２６を
介して幅Ａｘの平行光に変換される。

【００７８】一方、図７（ｂ）のｙ軸方向では、シリン
ドリカルレンズ２５，２６はレンズ作用を有さないた
め、パラボラリフレクタ２からの幅Ａｙの平行光は、シ
リンドリカルレンズ２５，２６をそのまま平行に透過す
る。

【００７９】このときに、Ａｘ：Ａｙ＝２：３の比率に
なるように、シリンドリカルレンズ２５，２６のレンズ
作用を設計しておくと、集光レンズ３を透過した幅Ａ
ｘ，Ａｙの平行光は、ｘ軸方向の広がり角２０°、ｙ軸
方向の広がり角３０°で集光される。

【００８０】このように、ロッドインテグレータ５の入
射端面側において、直交する２つのｘ、ｙ軸方向で異な
る角度分布の光束を生成することにより、楕円状の角度
分布を有する入射光束を生成するようにしている。

【００８１】ロッドインテグレータ５の出射端面の縦
軸、横軸方向のサイズをそれぞれＷｘ／２，Ｗｙ／２
（Ｗｘ，ＷｙはＤＭＤ１１の縦軸、横軸方向の反射面サ
イズ）とすると、ｘ、ｙ軸方向にそれぞれ光軸と広がり
角２０°、３０°をなした光束がロッドインテグレータ
５から出射し、ｘ，ｙ軸方向に１０°，１５°の角度分
布をそれぞれ有する光束がＤＭＤ１１へ入射する。この
ときのＤＭＤ１１への光束は、ｙ軸方向に３の長軸、ｘ
軸方向に２の短軸をそれぞれ有する図７（ｃ）の楕円断
面形状の入射光束２７となる。

【００８２】実施の形態１と同様に、ＤＭＤ１１の微小
ミラーによって入射光束２７を反射した出射光束２８の
主光線をＤＭＤ１１の反射面の法線方向へ出射し、この
法線方向に対して光束２７の主光線を２０°の角度をな
して、かつ微小ミラーの回転軸と入射光束２７、出射光
束２８の長軸（ｙ軸）の関係は平行になるようにして微
小ミラーへ入射すると、図７（ｃ）に示すように、入射
光束２７と出射光束２８との間に干渉成分を生じないよ
うにすることができ、真円断面形状の従来の光束１０
７，１０８と比較して、入射光束２７、出射光束２８の
断面積の方が大きくなっているので、照明効率を改善す
ることができるという効果が得られる。

【００８３】なお、入射光束２７、出射光束２８の楕円
断面形状は、投影レンズ９の受光能力２９に合わせて決
定する。また、シリンドリカルレンズ２５，２６の個数
は特に限定されない。

【００８４】図７に示す構成の他にも、楕円断面形状の
光束を生成することができる。図８はこの発明の実施の
形態２による集光光学系システムを用いた画像表示装置
の構成を示す図であり、図８（ａ）は側面図（ｘ−ｚ
面）、図８（ｂ）は上面図（ｙ−ｚ面）である。図１と
同一または相当する構成については同一の符号を付して
あり、ロッドインテグレータ以降の構成は図示を省略し
ている。

【００８５】図８において、３０はランプ光源と集光レ
ンズ３との間に設けられたプリズム（平行光変換手段）
である。図８（ａ）のｘ−ｚ面では、発光体１、パラボ
ラリフレクタ２から構成されるランプ光源からの平行光
を光軸１４に対して斜めに屈折し、この平行光をプリズ
ム３０によって光軸１４と平行にする。プリズム３０か
ら出射した平行光のｘ軸方向の幅はＡｘとなって集光レ
ンズ３へ入射し、ｘ軸方向の光軸１４とのなす広がり角
が２０°の光束として集光レンズ３から不図示のロッド
インテグレータへ入射する。

【００８６】一方、図８（ｂ）のｙ−ｚ面では、ランプ
光源からの平行光はｙ軸方向の幅Ａｙを保ったままプリ
ズム３０を透過して、光軸１４とのなす広がり角が３０
°の光束として集光レンズ３から不図示のロッドインテ
グレータ５へ入射する。図７と同様に、Ａｘ：Ａｙ＝
２：３となるようにプリズム３０は設計されているの
で、以下の動作は、シリンドリカルレンズ２５，２６と
同様である。

【００８７】このように、プリズム３０を用いること
で、図５の場合と同様に、ｘ，ｙ軸方向の角度分布が異
なる光束をロッドインテグレータへ入射しているので、
楕円断面形状の光束を生成して干渉成分を発生させるこ
となく、光学系の明るさを改善することができるという
効果が得られる。

【００８８】図９はこの発明の実施の形態２による集光
光学系システムを用いた画像表示装置の構成を示す図で
あり、図９（ａ）は側面図（ｘ−ｚ面）、図９（ｂ）は
上面図（ｙ−ｚ面）である。図１と同一または相当する
構成については同一の符号を付してあり、ロッドインテ
グレータ以降の構成は図示を省略している。

【００８９】図７において、３１はパラボラリフレクタ
２の開口を制限する開口板（平行光変換手段）である。
開口板３１は、図７（ｂ）のｙ−ｚ面では開口板３１か
ら幅Ａｙの平行光を出射し、図７（ａ）のｘ−ｚ面では
幅Ａｘの開口板３１によってｘ軸方向の幅をＡｘに制限
して平行光を集光レンズ３へ出射する。この場合にも、
Ａｘ：Ａｙ＝２：３である。このようにして開口板３１
から出射した平行光は、ｘ軸方向の平行光の幅Ａｘ，ｙ
軸方向の平行光の幅Ａｙに応じて、光軸１４とのなすｘ
軸方向の広がり角が２０°，光軸１４とのなすｙ軸方向
の広がり角が３０°の光束として集光レンズ３から不図
示のロッドインテグレータへ入射する。

【００９０】このようにしても、図７や図８と同様に、
ｘ，ｙ軸方向の角度分布が異なる光束をロッドインテグ
レータへ入射しているので、楕円断面形状の光束を生成
して干渉成分を発生させることなく、光学系の明るさを
改善することができるという効果が得られる。

【００９１】なお、図７のシリンドリカルレンズ２５，
２６や図８のプリズム３０は、ランプ光源からの平行光
を全て透過して利用しているので、平行光の無駄なく利
用することができる。

【００９２】また、図７のシリンドリカルレンズ２５，
２６や図８のプリズム３０と比較して、図９の開口板３
１は構成が簡単であり、楕円断面形状の光束をより容易
に生成することができる。

【００９３】さらに、図９の開口板３１は、開口板３１
のパラボラリフレクタを向いた裏面によって遮られた発
光体１からの２０°から３０°までの広い角度領域の光
は、開口板３１の裏面とパラボラリフレクタ２との間を
複数回反射して開口板３１から広がり角２０°以下の狭
い領域の光を出射するようになるので、ランプ光源の効
率を向上するようにすることができる。

【００９４】実施の形態３．実施の形態２では、ロッド
インテグレータ５の入射端面側で楕円断面形状の光束を
生成する構成を説明したが、この実施の形態３では、ロ
ッドインテグレータ５の出射端面側で楕円断面形状の光
束を生成する構成について説明する。

【００９５】図１０はこの発明の実施の形態３による集
光光学系システムを用いた画像表示装置の構成を示す図
であり、図１０（ａ）は側面図（ｘ−ｚ面）、図１０
（ｂ）は上面図（ｙ−ｚ面）である。図１と同一または
相当する構成については同一の符号を付してあり、説明
の便宜上、折り返しミラー８やＴＩＲプリズム１０の図
示を省略して、ＤＭＤ１１の反射面に対して入射主光線
を垂直に入射している。

【００９６】図１０において、３２は入射端面・出射端
面が平行四辺形形状に形成されたロッドインテグレータ
であり、ＤＭＤ１１のｘ，ｙ軸方向の反射面サイズをＷ
ｘ，Ｗｙとすると、ロッドインテグレータ３２の入射端
面・出射端面サイズはｘ軸方向でＷｘ／３，ｙ軸方向で
Ｗｙ／２に設定してある。３３，３４はそれぞれロッド
インテグレータ３２とＤＭＤ１１との間に設けられたシ
リンドリカルレンズ（それぞれ第１のシリンドリカルレ
ンズ群、第２のシリンドリカルレンズ群）である。シリ
ンドリカルレンズ３３はｘ軸方向にのみ、シリンドリカ
ルレンズ３４はｙ軸方向にのみ、それぞれ異なる正レン
ズ作用を有している。

【００９７】パラボラリフレクタ２からの平行光は、集
光レンズ３によってＦ＝１の光としてロッドインテグレ
ータ３２の入射端面へ集光され、ロッドインテグレータ
３２の出射端面からｘ軸方向、ｙ軸方向ともに広がり角
３０°のＦ＝１の光としてシリンドリカルレンズ３３，
３４へ出射する。ｘ軸方向に正レンズ作用を有するシリ
ンドリカルレンズ３３は、ｘ−ｚ面において光軸１４と
のなす広がり角１０°（Ｆ＝３に相当）の光束をＤＭＤ
１１へ入射し、ｙ軸方向に正レンズ作用を有するシリン
ドリカルレンズ３４は、ｙ−ｚ面において光軸１４との
なす広がり角１５°（Ｆ＝２に相当）の光束をＤＭＤ１
１へ入射する。

【００９８】このロッドインテグレータ３２の出射光束
は、ｘ軸方向、ｙ軸方向ともに広がり角３０°だが、シ
リンドリカルレンズ３３によってｘ軸方向は３倍、ｙ軸
方向は２倍と倍率を変えることで、倍率の関係式からｘ
軸方向で開き角１０°、ｙ軸方向で１５°になる。

【００９９】このとき、ＤＭＤ１１の反射面サイズＷ
ｘ，Ｗｙに対して、図１０（ａ）のｘ−ｚ面ではロッド
インテグレータ３２の出射端面サイズをＷｘ／３、図１
０（ｂ）のｙ−ｚ面ではロッドインテグレータ３２の出
射端面サイズをＷｙ／２としてあるので、図１６に示し
た従来の場合の倍率３と比較すると、図１０（ａ）では
従来と同様に倍率３（倍率比３÷３＝１）、図１０
（ｂ）では倍率２（倍率比３÷２＝１．５）になってい
る。

【０１００】したがって、実施の形態２と同様に、ｘ軸
方向の倍率とｙ軸方向の倍率とが異なっているので，
ｘ，ｙ軸方向に短軸、長軸をそれぞれ有する楕円断面形
状の光束を生成して光学系の明るさを向上することがで
きるようになる。

【０１０１】このときのロッドインテグレータ３２の入
射端面・出射端面サイズとＤＭＤ１１の反射面サイズと
の倍率比は、ｘ軸方向に倍率３、ｙ軸方向に倍率２とな
っているので、ロッドインテグレータサイズと倍率の積
が反射面サイズとなることから、従来のｘ、ｙ軸がとも
に３倍の光学系に比べて、図１６のロッドインテグレー
タ１１５の入射端面・出射端面のｘ軸方向を×１の長
さ、ｙ軸方向を×１．５の長さにする必要がある。

【０１０２】図１６のロッドインテグレータ１１５の出
射端面とロッドインテグレータ３２の出射端面を図１０
（ｃ）にしてある。ＤＭＤ１１の正方形の微小ミラーは
その対角線上に回転軸を有しており、この正方形の微小
ミラーが縦横比３：４の反射面に配列されている。

【０１０３】ロッドインテグレータの出射端面とＤＭＤ
１１反射面とは互いに結像関係にあるので、倍率３のロ
ッドインテグレータ１１５の出射端面に対して微小ミラ
ーと回転軸を投影すると、図７（ｃ）と同様に、回転軸
方向に楕円長軸方向が来るようにして干渉成分の発生を
防ぐので、回転軸は図１０（ｃ）のｙ軸に相当すること
が分かる。したがって、このｙ軸と直交する方向にｘ軸
が存在し、ｘ，ｙ軸方向の倍率比がそれぞれ１，１．５
なので、ロッドインテグレータ３２の出射端面は、ｙ軸
方向の長さｌだけを×１．５にした平行四辺形にする。

【０１０４】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、ｘ，ｙ軸方向の出射端面サイズをＷｘ／３，Ｗｙ／
２とした平行四辺形の出射端面を有するロッドインテグ
レータ３２と、ロッドインテグレータ３２から出射され
たＦ１＝１の光束を受光して、ｘ軸方向にのみ正レンズ
作用を光束に与えてＦ２＝３の光束をＤＭＤ１１へ出射
するシリンドリカルレンズ３３と、ロッドインテグレー
タ３２から出射されたＦ１＝１の光束を受光して、ｙ軸
方向にのみ正レンズ作用を光束に与えてＦ２＝２の光束
をＤＭＤ１１へ出射するシリンドリカルレンズ３４とを
備えるようにしたので、実施の形態２と同様に、微小ミ
ラーの回転軸に平行な長軸を有する楕円断面形状の光束
をＤＭＤ１１へ入射することができるようになり、ロッ
ドインテグレータ３２の入射端面を大きくして受光効率
を向上させ、干渉成分をＤＭＤ１１で発生させることな
く、光学系の明るさを向上することができるという効果
が得られる。

【０１０５】なお、シリンドリカルレンズ３３，３４の
枚数は２枚に限定されることなく、複数枚のシリンドリ
カルレンズによって構成するようにしても良い。

【０１０６】実施の形態４．図１１はこの発明の実施の
形態４による集光光学系システムからの入射光束がＯＮ
状態の微小ミラーへ入射する状態を表す図である。図
６，７と同一または相当する構成については同一の符号
を付してある。

【０１０７】図１１において、３５は法線ｎＡと角度１
０°＋αをなして微小ミラー１６へ入射する入射主光
線、３６は入射主光線３５を中心として微小ミラー１６
の中心を頂点とする円錐形の入射光束、３６Ａ，３６Ｂ
は入射光束３６に含まれる入射光線、３７は法線ｎＡと
角度１０°＋αをなして微小ミラー１６から出射する出
射主光線、３８は出射主光線３７を中心として微小ミラ
ー１６の中心を頂点とする円錐形の出射光束、３８Ａ，
３８Ｂは出射光束３８に含まれる出射光線である。

【０１０８】微小ミラー１６の反射によって、入射主光
線３５および入射光線３６Ａ，３６Ｂはそれぞれ出射主
光線３７および出射光線３８Ａ，３８Ｂになる。ここで
は例として、入射光束２７，３６および出射光束２８，
３８は、実施の形態２，３にしたがって楕円断面形状の
光束としてある。

【０１０９】図１１（ａ）に示すように、これまでの考
え方では、傾斜角１０°で傾斜制御されるＤＭＤの反射
面１５の法線ｎ方向へ出射主光線１９を出射するため
に、微小ミラー１６の法線ｎＡに対して１０°の角度を
なすように入射主光線１７を微小ミラー１６へ入射する
ようにしていた。この場合には、入射主光線１７と出射
主光線１９とは２０°の角度をなしており、このため、
入射主光線１７が伴う入射光束２７と出射主光線１９が
伴う出射光束２８との干渉が発生しないように、入射光
束２７の広がり角を制限する必要が生じていた。

【０１１０】これに対して、この実施の形態４では、法
線ｎＡとのなす角度を１０°＋αとして入射主光線３５
を微小ミラー１６へ入射して、法線ｎＡに対して１０°
＋αの角度をなして法線ｎの斜め方向へ出射主光線３７
を微小ミラー１６から出射するようにしている。入射主
光線１７、出射主光線１９の場合と比較すると、入射主
光線３５と出射主光線３７との間のなす角は２０°＋２
αになっている。

【０１１１】したがって、図１１（ｂ）に示すように、
入射光束２７、出射光束２８の場合と比較すると、入射
光束３６、出射光束３８の広がり角に角度２αのマージ
ンを与えることができるようになり、このマージン角度
２αに応じてより小さなＦ値（より広がり角の大きな）
の光束を微小ミラー１６へ入射し、光学系の明るさを向
上することができるようになる。

【０１１２】なお、不図示の投影レンズの光軸は法線ｎ
に一致させるので、法線ｎに対して斜めに出射する出射
主光線３７の出射光束３８を全て受光できるように、出
射光束３８に含まれる光線の中で、法線ｎと最も大きな
角度をなす出射光線３８Ｂを受光できるように投影レン
ズ２９を設計する。

【０１１３】なお、以上では、楕円断面形状の入射光束
３６、出射光束３８を用いて説明を進めてきたが、この
実施の形態４はこれに限定されるものではなく、従来の
技術の真円断面形状を有する光束や、実施の形態１の非
対称光束に適用するようにしても良い。

【０１１４】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、傾斜角１０°で制御されるＤＭＤの微小ミラー１６
の法線ｎＡに対して、角度１０°＋αをなす方向から入
射主光線３５を微小ミラー１６へ入射するようにしたの
で、入射主光線３５と出射主光線３７とが角度２０°＋
２αをなすようになり、マージン角度２αに応じてより
小さなＦ値の光束をＤＭＤへ入射して、ＤＭＤの傾斜角
によって入射光束のＦ値を制約されることなく、光学系
の明るさを改善することができるという効果が得られ
る。

【０１１５】以上の説明では、ＤＭＤの傾斜角を１０°
としてきたが、この発明はこれに限定されるものではな
く、ＤＭＤの傾斜角が１０°以外の値にも適用すること
ができ、傾斜角の値に応じて各角度を正比例の関係で計
算すれば良い。また、各実施の形態では、拡大する光の
広がり角を１５°（Ｆ＝２）で説明したが、かならずし
も１５°である必要はなく、微小ミラーの傾斜角以上で
あれば明るさ改善の効果があることは言うまでもない。

【０１１６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ロッ
ドインテグレータからの光線の出射端面における位置情
報を、ロッドインテグレータの光軸と光線とがなす広が
り角情報に変換したフーリエ変換面を作り出す第１レン
ズ群と、フーリエ変換面の近傍に配置され、ＯＮ状態の
微小ミラーにおいて干渉成分となる部分光束を広がり角
情報にしたがって遮蔽除去する遮蔽部を有する変形絞り
と、変形絞りを透過した光線を受光して、デジタルマイ
クロミラーデバイスへ第２のＦ値の光束を入射する第２
レンズ群とからリレー系を構成するようにしたので、デ
ジタルマイクロミラーデバイスの傾斜角によって入射光
束のＦ値を制約されることなく、光学系の明るさを改善
することができるという効果が得られる。

【０１１７】この発明によれば、集光レンズの光軸と直
交する第１の座標軸方向の幅をデジタルマイクロミラー
デバイスの傾斜角で決まるＦ値を基に設定し、集光レン
ズの光軸および第１の座標軸とそれぞれ直交する第２の
座標軸方向の平行光の幅を第１の座標軸方向の平行光の
幅よりも大きくして出射する平行光変換手段をランプ光
源と集光レンズとの間に備え、デジタルマイクロミラー
デバイスの回転軸と第２の座標軸方向とを平行にしてリ
レー系が光束をリレーするようにしたので、デジタルマ
イクロミラーデバイスの傾斜角によって入射光束のＦ値
を制約されることなく、光学系の明るさを改善すること
ができるという効果が得られる。

【０１１８】この発明によれば、集光レンズの光軸と一
致する光軸を備え、第１の座標軸方向にのみレンズ作用
を有するシリンドリカルレンズ群を平行光変換手段とす
るようにしたので、デジタルマイクロミラーデバイスの
傾斜角によって入射光束のＦ値を制約されることなく、
光学系の明るさを改善することができ、ランプ光源から
の平行光を全て無駄なく利用することができるという効
果が得られる。

【０１１９】この発明によれば、第１の座標軸方向にお
いてのみ、集光レンズの光軸に対して斜めに出射された
ランプ光源からの平行光を集光レンズの光軸と平行な方
向へ屈折するプリズムを平行光変換手段とするようにし
たので、デジタルマイクロミラーデバイスの傾斜角によ
って入射光束のＦ値を制約されることなく、光学系の明
るさを改善することができ、ランプ光源からの平行光を
全て無駄なく利用することができるという効果が得られ
る。

【０１２０】この発明によれば、光を発する発光体およ
び発光体を焦点に備えたパラボラリフレクタからランプ
光源が構成され、パラボラリフレクタの開口に設けらた
開口板を平行光変換手段とするようにしたので、デジタ
ルマイクロミラーデバイスの傾斜角によって入射光束の
Ｆ値を制約されることなく、光学系の明るさを簡単な構
成で改善することができ、ランプ光源の効率を向上する
ようにすることができるという効果が得られる。

【０１２１】この発明によれば、ロッドインテグレータ
の光軸と直交する第１の座標軸方向にのみ第１のレンズ
作用を有する第１のシリンドリカルレンズ群と、ロッド
インテグレータの光軸および第１の座標軸とそれぞれ直
交する第２の座標軸方向にのみ第２のレンズ作用を有す
る第２のシリンドリカルレンズ群とからリレー系を構成
するようにしたので、デジタルマイクロミラーデバイス
の傾斜角によって入射光束のＦ値を制約されることな
く、光学系の明るさを改善することができるという効果
が得られる。

【０１２２】この発明によれば、デジタルマイクロミラ
ーデバイスが有するＯＮ状態の微小ミラーの法線に対し
て、微小ミラーの傾斜角よりも大きな入射角で入射光束
の主光線をリレー系が微小ミラーへ入射するようにした
ので、デジタルマイクロミラーデバイスの傾斜角によっ
て入射光束のＦ値を制約されることなく、光学系の明る
さを改善することができるという効果が得られる。

【０１２３】この発明によれば、上記の集光光学系シス
テムと、マイクロミラーデバイスから出射した光束を投
影する投影レンズと、投影レンズからの光束を結像する
スクリーンとを備えるようにしたので、光学系の明るさ
を改善した画像表示装置を構成することができるという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による集光光学系シ
ステムを用いた画像表示装置の構成を示す図である。

【図２】 Ｆ値が２の円錐形の光束がＯＮ状態の微小ミ
ラーへ入射する状態を表す図である。

【図３】 第１レンズ群および第２レンズ群の働きを説
明するための図である。

【図４】 ロッドインテグレータからの出射光束、変形
絞りおよび非対称光束の断面形状を示す図である。

【図５】 変形絞りの働きを説明するための図である。

【図６】 非対称光束がＯＮ状態の微小ミラーへ入射す
る状態を表す図である。

【図７】 この発明の実施の形態２による集光光学系シ
ステムを用いた画像表示装置の構成を示す図である。

【図８】 この発明の実施の形態２による集光光学系シ
ステムを用いた画像表示装置の構成を示す図である。

【図９】 この発明の実施の形態２による集光光学系シ
ステムを用いた画像表示装置の構成を示す図である。

【図１０】 この発明の実施の形態３による集光光学系
システムを用いた画像表示装置の構成を示す図である。

【図１１】 この発明の実施の形態４による集光光学系
システムからの入射光束がＯＮ状態の微小ミラーへ入射
する状態を表す図である。

【図１２】 ＤＭＤの反射面の一部を拡大した図であ
る。

【図１３】 微小ミラーの傾斜制御の動作を説明するた
めの図である。

【図１４】 Ｆ値が３の円錐形の光束がＯＮ状態の微小
ミラーへ入射する状態を表す図である。

【図１５】 従来の集光光学系システムを用いた画像表
示装置の構成を示す図である。

【図１６】 ロッドインテグレータおよびＤＭＤの関係
を説明するための図である。

【図１７】 ロッドインテグレータに対する集光分布を
説明するための図である。

【符号の説明】

１ 発光体（ランプ光源）、２ パラボラリフレクタ
（ランプ光源）、３ 集光レンズ、４ カラーホイー
ル、５ ロッドインテグレータ、６ 第１レンズ群（リ
レー系）、７ 変形絞り（リレー系）、７Ｚ 遮蔽部、
８ 折り返しミラー、９ 第２レンズ群（リレー系）、
１０ ＴＩＲプリズム、１１ デジタルマイクロミラー
デバイス（ＤＭＤ）、１２ 投影レンズ、１３ スクリ
ーン、１４光軸、１５ ＤＭＤ反射面、ｎ 法線、１６
微小ミラー、ｎＡ 法線、１７入射主光線、１８ 入
射光束、１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ 入射光線、１９ 出
射主光線、２０ 出射光束、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ
出射光線、２１ 干渉成分、２２Ａ 平面、２２Ｂ 平
面、２３ 光束、２４ 非対称光束、２４Ｚ 部分光
束、２５，２６ シリンドリカルレンズ（平行光変換手
段、シリンドリカルレンズ群）、３０ プリズム（平行
光変換手段）、３１ 開口板（平行光変換手段）、３２
ロッドインテグレータ、３３ シリンドリカルレンズ
（第２のシリンドリカルレンズ群）、３４ シリンドリ
カルレンズ（第２のシリンドリカルレンズ群）、３５
入射主光線、３６ 入射光束、３６Ａ，３６Ｂ 入射
光線、３７ 出射主光線、３８ 出射光束、３８Ａ，３
８Ｂ 出射光線。

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） Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｖ (72)発明者 笹川 智広 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 後藤 令幸 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 寺本 浩平 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2H041 AA16 AB14 AC06 AZ01 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 5C058 BA05 BA23 EA11 EA12 EA13 EA27 EA51

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平行光を出射するランプ光源と、平行光
   を受光すると第１のＦ値の光束として集光する集光レン
   ズと、上記第１のＦ値の光束をその出射端面で均一な強
   度分布にして出射するロッドインテグレータと、上記第
   １のＦ値の光束を第２のＦ値の光束としてデジタルマイ
   クロミラーデバイスへリレーするリレー系とを備えた集
   光光学系システムにおいて、 リレー系は、上記ロッドインテグレータからの光線の上
   記出射端面における位置情報を、上記ロッドインテグレ
   ータの光軸と上記光線とがなす広がり角情報に変換した
   フーリエ変換面を作り出す第１レンズ群と、 上記フーリエ変換面の近傍に配置され、ＯＮ状態の微小
   ミラーにおいて干渉成分となる部分光束を広がり角情報
   にしたがって遮蔽除去する変形絞りと、 上記変形絞りを透過した光線を受光して、上記デジタル
   マイクロミラーデバイスへ上記第２のＦ値の光束を入射
   する第２レンズ群とから構成することを特徴とする集光
   光学系システム。
2. 【請求項２】 平行光を出射するランプ光源と、平行光
   を受光すると第１のＦ値の光束として集光する集光レン
   ズと、上記第１のＦ値の光束をその出射端面で均一な強
   度分布にして出射するロッドインテグレータと、上記第
   １のＦ値の光束を第２のＦ値の光束としてデジタルマイ
   クロミラーデバイスへリレーするリレー系とを備えた集
   光光学系システムにおいて、 上記集光レンズの光軸と直交する第１の座標軸方向の幅
   を上記デジタルマイクロミラーデバイスの傾斜角で決ま
   るＦ値を基に設定し、上記集光レンズの光軸および上記
   第１の座標軸とそれぞれ直交する第２の座標軸方向の上
   記平行光の幅を上記第１の座標軸方向の上記平行光の幅
   よりも大きくして出射する平行光変換手段を上記ランプ
   光源と上記集光レンズとの間に備え、 上記リレー系は、上記デジタルマイクロミラーデバイス
   の回転軸と上記第２の座標軸方向とを平行にして上記光
   束をリレーすることを特徴とする集光光学系システム。
3. 【請求項３】 平行光変換手段は、集光レンズの光軸と
   一致する光軸を備え、第１の座標軸方向にのみレンズ作
   用を有するシリンドリカルレンズ群とすることを特徴と
   する請求項２記載の集光光学系システム。
4. 【請求項４】 平行光変換手段は、第１の座標軸方向に
   おいてのみ、集光レンズの光軸に対して斜めに出射され
   たランプ光源からの平行光を上記集光レンズの光軸と平
   行な方向へ屈折するプリズムとすることを特徴とする請
   求項２記載の集光光学系システム。
5. 【請求項５】 ランプ光源は、光を発する発光体および
   上記発光体を焦点に備えたパラボラリフレクタから構成
   され、 平行光変換手段は、上記パラボラリフレクタの開口に設
   けらた開口板とすることを特徴とする請求項２記載の集
   光光学系システム。
6. 【請求項６】 平行光を出射するランプ光源と、平行光
   を受光すると第１のＦ値の光束として集光する集光レン
   ズと、上記第１のＦ値の光束をその出射端面で均一な強
   度分布にして出射するロッドインテグレータと、上記第
   １のＦ値の光束を第２のＦ値の光束としてデジタルマイ
   クロミラーデバイスへリレーするリレー系とを備えた集
   光光学系システムにおいて、 上記リレー系は、上記ロッドインテグレータの光軸と直
   交する第１の座標軸方向にのみ第１のレンズ作用を有す
   る第１のシリンドリカルレンズ群と、上記ロッドインテ
   グレータの光軸および上記第１の座標軸とそれぞれ直交
   する第２の座標軸方向にのみ第２のレンズ作用を有する
   第２のシリンドリカルレンズ群とから構成することを特
   徴とする集光光学系システム。
7. 【請求項７】 平行光を出射するランプ光源と、平行光
   を受光すると第１のＦ値の光束として集光する集光レン
   ズと、その出射端面における第１のＦ値の光束を均一な
   強度分布にして出射するロッドインテグレータと、上記
   第１のＦ値の光束を第２のＦ値の光束としてデジタルマ
   イクロミラーデバイスへリレーするリレー系とを備えた
   集光光学系システムにおいて、 リレー系は、上記デジタルマイクロミラーデバイスが有
   するＯＮ状態の微小ミラーの法線に対して、上記微小ミ
   ラーの傾斜角よりも大きな入射角で入射光束の主光線を
   上記微小ミラーへ入射することを特徴とする集光光学系
   システム。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項７記載の集光光学系
   システムと、 マイクロミラーデバイスから出射した光束を投影する投
   影レンズと、 上記投影レンズからの光束を結像するスクリーンとを備
   えることを特徴とする画像表示装置。