JP2003185964A - 投写型表示装置、リアプロジェクタ及びマルチビジョンシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射型ライトバルブにおける入射光の光路と
出射光の光路とが重なるのを抑制でき、小型で、高画質
の投写画像を得ることができる投写型表示装置、それを
用いたリアプロジェクタ及びマルチビジョンシステムを
提供する。 【解決手段】 光源１の放射する光を集めて照明光を形
成する照明光学系２と、照明光を反射して、光学像を形
成する変調光を出射する反射型ライトバルブ６と、反射
型ライトバルブの形成した光学像を投影する投写レンズ
７と、正パワーのレンズ素子５とで投写型表示装置を構
成する。レンズ素子５は１枚の平凸レンズで構成し、反
射型ライトバルブと投写レンズとの間に、凸面を投写レ
ンズに向けた状態で、照明光がレンズ素子を通過して反
射型ライトバルブを照明し、又反射型ライトバルブから
出射する変調光がレンズ素子を通過して投写レンズに入
射するように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投写型表示装置、
それを用いたリアプロジェクタ及びマルチビジョンシス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】大画面映像を得る方法として、反射型ラ
イトバルブ上に映像信号に応じた光学像を形成し、その
光学像に光を照射して投写レンズによりスクリーン上に
拡大投写する方法が従来からよく知られている。この反
射型ライトバルブとして、映像信号に応じて光の進行方
向を制御することにより光学像を形成する反射型の配光
補正素子を用いれば、より光利用効率の高い、高輝度の
投写画像を表示できる。

【０００３】反射型ライトバルブとしては、ＤＭＤ（Di
gital Micro Mirror Device）が注目されている。ＤＭ
Ｄはシリコン基板の上に複数の微小な反射鏡（以下「微
小ミラー」という。）を２次元的に配置してなるもので
あり、各微小ミラーが画素を構成する。各微小ミラー
は、画素の対角位置において対角方向に設けられた二つ
の回転支軸によって、±１０度の範囲でシーソーのよう
に可動するよう構成されている。例えば微小ミラーが＋
１０度傾いた状態がＯＮ、１０度傾いた状態がＯＦＦと
される。ＤＭＤは、映像信号に応じて、各微小ミラーを
＋１０度または−１０度傾かせることで光線の出射方向
を制御し、光学像を形成する。

【０００４】図１７は、従来からのＤＭＤの各画素を構
成する微小ミラーの動作状態を示す図である。なお、同
図はＤＭＤの各微小ミラーの回転支軸に垂直に切断して
なる断面で示されており、反時計方向が微小ミラーの回
転正方向となっている。図１７において、１９１から１
９６は微小ミラーであり、各画素を構成している。１９
７は投写レンズの一部を示している。

【０００５】図１７の例では、微小ミラー１９１、微小
ミラー１９３及び微小ミラー１９６は反射型ライトバル
ブ（ＤＭＤ）の基準面１９０に対して＋１０度（反時計
方向）傾いており、ＯＮ状態となっている。このため微
小ミラー１９１、微小ミラー１９３及び微小ミラー１９
６で反射された入射光１９８は投写レンズ１９７に入射
する。

【０００６】一方、微小ミラー１９２、微小ミラー１９
４及び微小ミラー１９５は反射型ライトバルブの基準面
１９０に対して−１０度（時計方向）傾いており、ＯＦ
Ｆ状態となっている。このため、微小ミラー１９２、微
小ミラー１９４及び微小ミラー１９５で反射された入射
光１９８は投写レンズ１９７に入射しない。このような
ＤＭＤは偏光を利用する液晶パネルに比べ、自然光を利
用でき、光利用率が高く、更に応答速度が速いなどの特
徴を持っている。

【０００７】反射型ライトバルブとしてＤＭＤを用いた
投写型表示装置の光学系として、特許文献１に構成例が
示されている。図１８は、従来のＤＭＤを用いた投写型
表示装置の概略構成を示す図である。図１９は、図１８
に示すＤＭＤの近傍部分を拡大して示す図である。な
お、図１８及び図１９では、ＤＭＤの各微小ミラーの回
転支軸に垂直に切断してなる断面が示されている。

【０００８】最初に、図１８を用いて説明する。光源２
０１は、凹面鏡２０１ｂとランプ２０１ａとで構成され
ている。凹面鏡２０１ｂは楕円面鏡であり、ガラス製の
基材の内面に、赤外光を透過させるが可視光を反射させ
る光学多層膜を蒸着して形成されている。ランプ２０１
ａは、その発光体の中心が凹面鏡２０１ｂの第１焦点
（図示せず）に位置するように配置されている。

【０００９】ランプ２０１ａから放射された光は、凹面
鏡２０１ｂにより反射され、凹面鏡２０１ｂの第２焦点
（図示せず）に向かい、第２焦点に発光体像を形成す
る。更に、第２焦点を通過した光は、レンズアレイ２０
２ａ及び２０２ｂを順次通過して複数の光束に分割さ
れ、その後、リレーレンズ２０３に入射して重ね合わさ
れる。レンズアレイ２０２ａ及び２０２ｂは複数の正パ
ワーのレンズ素子で構成されている。

【００１０】リレーレンズ２０３を出射した光は全反射
ミラー２０４によって反射され、フィールドレンズ２０
５を経て全反射プリズム２０８に入射する。全反射プリ
ズム２０８は、空気層２０９を介して配置された２つの
単体プリズム２０８ａと２０８ｂとで構成されている。
２０７は投写レンズである。

【００１１】次に、図１９を用いて説明する。全反射プ
リズム２０８に入射した入射光２０９ａ〜２０９ｃは単
体プリズム２０８ｂと空気層２０９との界面で全反射し
て反射型ライトバルブ２０６側へと進行する。反射型ラ
イトバルブ２０６は映像信号に応じて光の進行方向を制
御して光学像を形成する。

【００１２】反射型ライトバルブ２０６からの反射光２
１０ａ〜２１０ｃは、反射型ライトバルブ２０６の表示
領域に垂直な主光線を持つ光束として出射され、単体プ
リズム２０８ｂ又は２０８ａと空気層２０９との界面で
反射されることなく全反射プリズム２０８を透過し、投
写レンズ２０７（図１８参照）に入射する。これによ
り、反射型ライトバルブ２０６上の光学像は投写レンズ
２０７によりスクリーン上に拡大投写される。

【００１３】このように、図１８及び図１９に示した投
写型表示装置を用いれば、照明光の光路と投写光の光路
とが重なるのを防止でき、投写映像の画質の向上を図る
ことができる。また、投写レンズが大型化するのを抑制
できる。

【００１４】しかしながら、図１８及び図１９に示した
投写型表示装置においては、照明光と投写光を分離する
ために全反射プリズム２０８が必要となるため、結局の
ところコストアップにつながっているという問題があ
る。また、全反射プリズム２０８においては、内部に微
小な空気層を含んでいるため、その公差により、投写レ
ンズ２０７の解像特性が大きく左右されるという問題も
ある。

【００１５】この問題の解決を図るため、特許文献２に
は、投写レンズを非テレセントリック系とし、それに応
じた照明を発生させる構成が開示されている。

【００１６】図２０は、従来の投写レンズを非テレセン
トリック系とした投写型表示装置の概略構成を示す図で
ある。図２１は、図２０に示す反射型ライトバルブの近
傍部分を拡大して示す図である。なお、図２０及び図２
１において、反射型ライトバルブとしてはＤＭＤが用い
られている。図２０及び図２１は、ＤＭＤの各微小ミラ
ーの回転支軸に垂直に切断してなる断面で示されてい
る。

【００１７】図２０に示すように、光源２１１は、図１
８で示した光源と同様にランプ２１１ａと凹面鏡２１１
ｂとで構成されている。なお、ランプ２１１ａ及び凹面
鏡２１１ｂは、図１８で示したランプ２０１ａ及び凹面
鏡２０１ｂと同様のものである。ランプ２１１ａも、そ
の発光体の中心が凹面鏡２１１ｂの第１焦点ｆ１に位置
するように配置されている。図１８の例と同様に、ラン
プ２１１ａから放射された光は、凹面鏡２１１ｂにより
反射され、第２焦点ｆ２に発光体像を形成する。第２焦
点ｆ２を通過した光はロッドレンズ２１２に入射し、均
一化される。ロッドレンズ２１２で均一化された照明光
は、リレーレンズ２１３を通過する。

【００１８】図２１に示すように、リレーレンズ２１３
を通過した照明光は、照明光学系の出射瞳２１７を通過
して反射型ライトバルブ２１４に所定の入射角度で入射
する。反射型ライトバルブ２１４は映像信号に応じて光
の進行方向を制御して光学像を形成する。反射型ライト
バルブ２１４への入射光２１５ａ〜２１５ｃはそれぞれ
所定の角度で反射され、反射光２１６ａ〜２１６ｂは投
写レンズの入射瞳２１８に入射する。

【００１９】また、図２０及び図２１に示す投写型表示
装置においては、投写レンズ２１９として非テレセント
リック系の投写レンズが用いられている。このため、全
反射プリズムを用いることなく、スクリーン上に、反射
型ライトバルブ２１４の形成した光学像を拡大投写する
ことができる。従って、図２０及び図２１で示した投写
型表示装置によれば、図１８で示した投写型表示装置よ
りもコストを下げることができると考えられる。

【００２０】ところで、反射型ライトバルブ２１４は、
表示領域全体において、微小ミラーの反射面の法線方向
が一定となるように構成されているため、図２０及び図
２１に示す投写型表示装置の構成では、反射型ライトバ
ルブ２１４の光軸と投写レンズの光軸を略一致させる
と、入射光２１５ａ〜２１５ｃと反射光２１６ａ〜２１
６ｃの光路が重なってしまう。このため、図２０及び図
２１に示すように、投写レンズ２１９の光軸を反射型ラ
イトバルブ２１４の光軸に対してオフセットさせて、入
射光２１５ａ〜２１５ｃと反射光２１６ａ〜２１６ｃと
を分離させている。

【００２１】しかしながら、上記図２０及び図２１で示
した投写型表示装置においては、投写レンズ２１９は、
その光軸が反射型ライトバルブ２１４の光軸に対してず
れた状態で投影することとなるため、均一照明で、良好
な画像を得るには、有効表示領域を拡大する必要があ
る。この結果、図２０及び図２１に示した投写型表示装
置においては、光学系が大型化し、却ってコストアップ
になるという問題がある。また、正面投写ができないと
いう問題もある。

【００２２】さらに、特許文献３には、反射型ライトバ
ルブの表示領域の直前に、投写レンズの一部を構成する
コンデンサレンズが配置された投射型表示装置が開示さ
れている。この投写型表示装置では、照明光は、このコ
ンデンサレンズで屈折して反射型ライトバルブに入射
し、反射型ライトバルブからの出射光も、このコンデン
サレンズで屈折して投写レンズに入射する。また、この
レンズは、その光軸を投写レンズの光軸に対して偏芯さ
せて配置されている。

【００２３】このため、反射型ライトバルブへの入射光
の入射角と反射型ライトバルブからの出射光の出射角
は、反射型ライトバルブの表示領域の位置に応じて変化
し、この入射角及び出射角の変化は、反射型ライトバル
ブの光軸又は投写レンズの光軸に対して非対称になる。

【００２４】よって、特許文献３に記載の投写型表示装
置でも、反射型ライトバルブへの入射光の光路と反射型
ライトバルブからの出射光の光路とが重なるのを抑制で
きる。また、プリズムを用いる必要がないため、装置の
小型化を図ることができる。

【００２５】しかしながら、特許文献３に記載の投写型
表示装置では、反射型ライトバルブの表示領域の直前に
配置されたコンデンサレンズを偏芯させており、このコ
ンデンサレンズは投写レンズの一部を構成している。こ
のため、光軸を中心に収差バランスが対称となる画像を
得るのは困難であると考えられ、又収差バランスを補正
しようとすると、投写レンズのレンズ枚数を増加させる
必要があり、投写レンズが複雑化してしまう。

【００２６】更に、特許文献３に記載の投写型表示装置
では、良好な解像度を得るために、反射型ライトバルブ
を投写レンズの光軸に対して２度から８度傾ける構成と
している。しかしながら、「シャインプルーフの定理」
によると、この反射型ライトバルブの投写像も投写レン
ズの光軸に対し傾いてしまうと考えられる。このため、
反射型ライトバルブの表示領域が長方形の場合、光軸に
垂直な面での投写画像は台形形状となり、良好な表示画
像を得るのは困難と言える。なお、シャインプルーフの
定理とは、光軸に対して物体が傾斜していると、像は逆
方向に傾斜し、これらの傾斜角度は互いに規定できると
いう定理をいう。

【００２７】また、特許文献４にも、特許文献３と同様
に、反射型ライトバルブの表示領域の直前に正レンズを
配置する構成の投写型表示装置が開示されている。この
投写型表示装置でも、照明光学系からの照明光は、正レ
ンズを透過するため、屈折してから反射型ライトバルブ
を照明している。また、ライトバルブからの出射光は、
この正レンズで屈折してから投写レンズに入射してい
る。

【００２８】但し、特許文献４に記載の投写型表示装置
では、正レンズの有効領域における一部の領域を照明光
の透過に用い、又残りの領域を反射型ライトバルブから
の反射光の透過に用いるため、正レンズの光軸を投写レ
ンズ主群の光軸と大きくずらして配置している。

【００２９】このため、特許文献４に記載の投写型表示
装置においても、反射型ライトバルブへの入射光と、反
射型ライトバルブとの出射光との光路が重なるのを抑制
でき、これらの光路を分離できる。また、プリズムを用
いる必要がないため、装置の小型化を図ることができる
と考えられる。

【００３０】

【特許文献１】ＷＯ９８−２９７７３号公報

【特許文献２】特開２０００−９８２７２号公報

【特許文献３】特開平１１−２４９０６９号公報

【特許文献４】特開２０００−３９５８５号公報

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特許文
献４に開示された投写型表示装置でも、反射型ライトバ
ルブは、その光軸が、投写レンズ主群の光軸に対し５度
〜１５度の確度をなすように配置されている。よって、
投写像の光軸とライトバルブの光軸とが、投写レンズの
光軸と平行ではない。

【００３２】このため、特許文献４に開示された投写型
表示装置でも、特許文献３に開示の投写型表示装置と同
様に、「シャインプルーフの定理」により投写画像が傾
いて台形形状となると考えられるため、良好な画像を得
るのは困難であると言える。

【００３３】また、反射型ライトバルブの表示領域の直
前に配置された正レンズは、その光軸がライトバルブの
光軸に対して角度をなすように配置されている。更に、
投写レンズの中に偏芯レンズを配置する必要がある。こ
のため、特許文献４に開示の投写型表示装置でも、特許
文献３に開示の投写型表示装置と同様に、光軸を中心に
収差バランスが対称となる画像を得るのは困難であると
考えられる。また、収差バランスを補正しようとする
と、投写レンズのレンズ枚数を増加させる必要があり、
投写レンズが複雑化してしまう。更に、この場合、正レ
ンズを両凸レンズで構成すると、レンズの中心厚が増大
してしまうという問題が生じ、又メニスカスレンズで構
成すると、十分なパワーを確保するのが困難という問題
が生じる。

【００３４】更に、特許文献４に開示された投写型表示
装置では、正レンズに入射した照明光の一部は、この正
レンズと空気層との屈折率差により、これらの間の界面
で反射する。また、この正レンズとしては、両面が凸面
のレンズ、又は投写レンズ側が凸面、反射型ライトバル
ブ側が凹面のレンズが用いられている。

【００３５】このため、この界面で反射した反射光は、
投写レンズの主群方向に反射されスクリーンに到達す
る。この界面で反射した反射光は、反射型ライトバルブ
に入力される映像信号に関係なく恒常的に発生する迷光
であり、投写画像におけるコントラストの低下やゴース
ト像の発生の要因となり、投写画像の品位は著しく低下
してしまう。

【００３６】ところで、一般に、実用上十分な性能を有
する反射防止膜は、入射光のうち最低０．５％程度を反
射し、最大９９．５％程度を透過させる。このため、上
記の正レンズの表面にＴｉ０₂膜、Ｓｉ０₂膜等を積層し
て構成した通常レベルの反射防止膜を形成してやれば、
反射光の低減を図ることができると考えられる。しか
し、このような多層膜で構成された反射防止膜の形成だ
けでは、上述のように反射光の低減には限界があり、よ
って投写画像の高画質化にも限界がある。また、入射光
の１００％を透過させる反射防止膜を形成できれば良い
が、現時点では、このような反射防止膜の形成は事実上
不可能である。

【００３７】本発明の目的は、上記課題を解決し、反射
型ライトバルブにおける入射光の光路と出射光の光路と
の重なりを抑制し、更にレンズ界面における不要な反射
光が投写レンズに入射するのを抑制して、小型で、高画
質の投写画像を得ることができる投写型表示装置、それ
を用いたリアプロジェクタ及びマルチビジョンシステム
を提供することにある。

【００３８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明にかかる第１の投写型表示装置は、光源の放射す
る光を集めて照明光を形成する照明光学系と、前記照明
光を反射して、光学像を形成する変調光を出射する反射
型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブの形成した
光学像を投影する投写レンズと、正パワーのレンズ素子
とを有し、前記レンズ素子は、１枚の平凸レンズで構成
され、前記反射型ライトバルブと前記投写レンズとの間
に、凸面を前記投写レンズに向けた状態で、前記照明光
が前記レンズ素子を通過して前記反射型ライトバルブを
照明し、又前記反射型ライトバルブから出射する前記変
調光が前記レンズ素子を通過して前記投写レンズに入射
するように配置されていることを特徴とする。

【００３９】上記本発明にかかる第１の投写型表示装置
においては、前記レンズ素子の前記凸面に反射防止膜が
設けられているのが好ましい。また、前記反射型ライト
バルブ、前記投写レンズ及び前記正パワーのレンズ素子
は、互いの光軸が平行となり、且つ、一致するように配
置されているのが好ましい。

【００４０】また、上記本発明にかかる第１の投写型表
示装置においては、前記レンズ素子と前記反射型ライト
バルブとは、互いの光軸を平行にした状態で、前記レン
ズ素子の光学界面で反射する前記照明光の不要光成分の
うち前記投写レンズに入射する光が前記変調光の有効光
成分と分離するように光軸間に距離を設けて配置されて
いるのが好ましい。この場合、前記反射型ライトバルブ
が矩形の表示領域を有しているならば、前記距離が、前
記矩形のいずれかの辺と平行に設けられ、前記辺の長さ
の１／４以上、１／２以下に設定されているのが好まし
い。

【００４１】更に、上記本発明にかかる第１の投写型表
示装置においては、前記レンズ素子と前記反射型ライト
バルブとは、前記レンズ素子の光学界面で反射する前記
照明光の不要光成分のうち前記投写レンズに入射する光
が前記変調光の有効光成分と分離するように、互いの光
軸方向に距離をおいて配置されているのが好ましい。

【００４２】上記目的を達成するため本発明にかかる第
２の投写型表示装置は、光源の放射する光を集めて照明
光を形成する照明光学系と、前記照明光を反射して、光
学像を形成する変調光を出射する反射型ライトバルブ
と、前記反射型ライトバルブの形成した光学像を投影す
る投写レンズと、正パワーのレンズ素子とを有し、前記
レンズ素子は、一方又は両方の光学界面に複数の突起を
有し、前記反射型ライトバルブと前記投写レンズとの間
に、前記照明光が前記レンズ素子を通過して前記反射型
ライトバルブを照明し、又前記反射型ライトバルブから
出射する変調光が前記レンズ素子を通過して前記投写レ
ンズに入射するように配置されており、前記複数の突起
は、ピッチが可視帯域波長の１／２以下、高さが前記ピ
ッチの１倍以上となるように形成されていることを特徴
とする。

【００４３】上記本発明にかかる第２の投写型表示装置
において、前記複数の突起が、先端部から底部に向かう
につれて徐々に大きくなる軸断面を有しているのが好ま
しい態様である。また、前記反射型ライトバルブ、前記
投写レンズ及び前記正パワーのレンズ素子は、互いの光
軸が平行となり、且つ、一致するように配置されている
のが好ましい。

【００４４】上記目的を達成するため本発明にかかる第
３の投写型表示装置は、光源の放射する光を集めて照明
光を形成する照明光学系と、前記照明光を反射して、光
学像を形成する変調光を出射する反射型ライトバルブ
と、前記反射型ライトバルブの形成した光学像を投影す
る投写レンズと、正パワーのレンズ素子とを有し、前記
反射型ライトバルブと前記投写レンズとは、互いの光軸
が平行となるように配置されており、前記レンズ素子
は、平凹レンズと、前記平凹レンズよりも屈折率の大き
い平凸レンズとを接合して構成され、前記反射型ライト
バルブと前記投写レンズとの間に、前記照明光が前記レ
ンズ素子を通過して前記反射型ライトバルブを照明し、
又前記反射型ライトバルブから出射する変調光が前記レ
ンズ素子を通過して前記投写レンズに入射するように配
置されており、前記平凹レンズと前記平凸レンズとは、
前記平凹レンズの屈折率よりも大きく、前記平凸レンズ
の屈折率よりも小さい屈折率を有する膜、又は屈折率が
前記平凹レンズの屈折率から前記平凸レンズの屈折率ま
で変化する膜を介して接合されていることを特徴とす
る。

【００４５】上記本発明にかかる第１〜第３の投写型表
示装置においては、前記投写レンズと前記レンズ素子と
が、互いの光軸が一致するように配置され、前記投写レ
ンズは、その光軸に対して偏心した絞りを有し、前記照
明光学系は、前記変調光が前記絞りを通過するように配
置されているのが好ましい。この場合、前記絞りの偏心
方向が、前記照明光学系の光軸から離れる方向であり、
前記投写レンズが、その光軸方向への移動のみによって
焦点調整を行う手段を有しているのが好ましい。更に、
この場合、前記投写レンズのＦナンバをＦ１、照明光学
系から出射し、前記反射型ライトバルブで反射されて前
記投写レンズに入射する光の広がり角をθ１、前記反射
型ライトバルブの表示領域の中心から出射される主光線
と前記投写レンズの光軸とのなす角をαとしたときに、
下記式（１）を満たしているのが好ましい。 Ｆ１=１／（２ｓｉｎ（θ１十α））・・・・・（１）

【００４６】また、上記本発明にかかる第１〜第３の投
写型表示装置においては、前記照明光学系は、複数の部
分瞳要素で形成された出射瞳を有し、前記照明光の光束
分布が前記反射型ライトバルブで反射されたときに均一
となるように構成されているのが好ましい。

【００４７】更に、上記本発明にかかる第１〜第３の投
写型表示装置においては、前記照明光学系の出射瞳と前
記投写レンズの入射瞳とが、前記レンズ素子について略
共役関係にあり、前記照明光学系の出射瞳を通る光束の
うち前記反射型ライトバルブの表示領域で反射される光
束の８０％以上が、前記レンズ素子を通過して前記投写
レンズの入射瞳の有効領域に入射しているのが好まし
い。

【００４８】上記目的を達成するために本発明にかかる
リアプロジェクタは、上記第１〜第３のいずれかの本発
明にかかる投写型表示装置と、前記投写型表示装置から
投写された光を反射するミラーと、前記ミラーで反射さ
れた光を透過散乱させて表示するスクリーンとを少なく
とも有することを特徴とする。

【００４９】また、上記目的を達成するために本発明に
かかるマルチビジョンシステムは、複数の投写システム
と、映像信号分割回路とを有し、前記複数の投写システ
ムそれぞれは、上記第１〜第３のいずれかの本発明にか
かる投写型表示装置と、前記投写型表示装置から投写さ
れた光を映し出す透過型スクリーンと、前記投写型表示
装置を収納する筐体とで構成されており、前記映像信号
分割回路は、画面を複数の領域に分割し、各領域の映像
信号を加工して前記投写システムを構成する前記投写型
表示装置それぞれに供給することを特徴とする。

【００５０】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
実施の形態１にかかる投写型表示装置について、図１、
図２を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形
態１にかかる投写型表示装置の構成を示す図である。図
２（ａ）は、図１に示す反射型ライトバルブの近傍部分
における照明光と投写光の光路を示す図であり、図２
（ｂ）は、図１に示す反射型ライトバルブの近傍部分に
おける正パワーのレンズ素子の光学界面での反射光の振
る舞いを示す図である。

【００５１】なお、本実施の形態１では、反射型ライト
バルブとして、図１７で示したＤＭＤが用いられてい
る。また、図１および図２はＤＭＤを構成する微小ミラ
ーの回転支軸に垂直に切断してなる断面で示されてい
る。微小ミラーの可動範囲は±１０度である。

【００５２】最初に、図１を用いて本実施の形態１にか
かる投写型表示装置の構成および動作を説明する。図１
に示すように、本実施の形態にかかる投写型表示装置
は、光源１と、光源１の放射する光を集めて照明光を形
成する照明光学系２と、照明光を反射して、光学像を形
成する変調光を出射する反射型ライトバルブ（空間光変
調素子）６と、反射型ライトバルブ６の形成した光学像
を投影する投写光学系７と、正パワーのレンズ素子５と
を少なくとも有している。

【００５３】また、図１に示すように、正パワーのレン
ズ素子５は、１枚の平凸レンズで構成されており、反射
型ライトバルブ６と投写レンズ７との間に、凸面を投写
レンズ７に向けた状態で配置されている。更に、正パワ
ーのレンズ素子５の配置は、照明光がレンズ素子５を通
過して反射型ライトバルブ６を照明するように、又反射
型ライトバルブ６から出射する変調光がレンズ素子５を
通過して投写レンズ７に入射するように行われている。

【００５４】本実施の形態１では、光源１は、ランプ１
ａと凹面鏡１ｂとで構成されており、図１８で示した光
源２０１と同様のものである。従って、ランプ１ａから
放射された光は、凹面鏡１ｂにより反射され、凹面鏡１
ｂの第２焦点ｆ２に発光体像を形成する。

【００５５】照明光学系２は、ロッドレンズ３とリレー
レンズ系４とで構成されている。凹面鏡１ｂの第２焦点
ｆ２はロッドレンズ３の入射面１８と略一致している。
ロッドレンズ３に入射した光は、ロッドレンズ３の内面
で多重反射を繰り返す。そのため、ロッドレンズ３の入
射面１８で光量ムラを持っていた光束は、ロッドレンズ
３の出射面１９においては均一化される。

【００５６】ロッドレンズ３から出射された光は、リレ
ーレンズ系４に入射し、リレーレンズ系４から反射型ラ
イトバルブ６へと出射される。リレーレンズ系４から出
射された光は、正パワーのレンズ素子５を通過し、反射
型ライトバルブ６を照明する。

【００５７】この結果、反射型ライトバルブ６からの出
射光は、正パワーのレンズ素子５を通過して投写光学系
７に入射し、反射型ライトバルブ６上の光学像がスクリ
ーン上に拡大投写される。なお、ロッドレンズ３の出射
面１９と反射型ライトバルブ６の表示領域とは、リレー
レンズ系４と正パワーのレンズ素子５とを合成してなる
光学系において共役関係にある。

【００５８】次に、図２を用いて本発明の投写型表示装
置の原理を説明する。図１の説明で述べたように、照明
光学系２の出射瞳８からは、光源１により集光され、照
明光学系２により均一化および整形された光束が出射す
る。即ち、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、照明光
学系２の出射瞳８からは、反射型ライトバルブ６の上部
を照明する光束１０ａ、反射型ライトバルブ６の中央部
を照明する光束１０ｂ、反射型ライトバルブ６の下部を
照明する光束１０ｃが出射される。

【００５９】なお、本明細書でいう「上部」、「中央
部」、「下部」とは図中における位置関係を示してい
る。また、図２（ａ）及び（ｂ）では、光束１０ａ〜１
０ｃは、出射瞳８の上端から出射する上光線、出射瞳８
の中心から出射する主光線、出射瞳８の下端から出射す
る下光線といった代表的な光線のみで示している。

【００６０】光束１０ａ、１０ｂ及び１０ｃは、正パワ
ーのレンズ素子５を通過して反射型ライトバルブ６へと
入射する。このため、出射瞳８から出射する光線の内、
反射型ライトバルブ上部を照明する光束１０ａは、正パ
ワーのレンズ素子５により屈折し、正パワーのレンズ素
子５に入射する前と比べ、正パワーのレンズ素子５の光
軸１４となす角が小さくなる方向に屈折する。

【００６１】一方、反射型ライトバルブ６の下部を照明
する光束１０ｃは、正パワーのレンズ素子５により、光
軸１４とのなす角が大きくなる方向に屈折する。よっ
て、正パワーのレンズ素子５を通過した光束１０ａ、１
０ｂ及び１０ｃは、それぞれ主光線が互いに略並行で、
反射型ライトバルブ６の光軸１５となす角度が約２０度
のテレセントリックな照明光となり、反射型ライトバル
ブ６の表示領域は均一に照明されることとなる。また、
各光束の広がり角はいずれも略等しくなる。

【００６２】また、反射型ライトバルブ６の各微小ミラ
ーはＯＮ状態では正パワーのレンズ素子５の光軸１４に
垂直な面に対して反時計方向に１０度傾くように構成さ
れている。よって、照明光がテレセントリックであるの
で、微小ミラーがＯＮ状態の場合、反射型ライトバルブ
６からの出射光の光束１１ａ、１１ｂ及び１１ｃの主光
線は、反射型ライトバルブ６の表示領域のいずれにおい
ても、反射型ライトバルブ６の光軸１５に略平行で、テ
レセントリックとなる。

【００６３】反射型ライトバルブ６からの出射光の光束
１１ａ、１１ｂ及び１１ｃはいずれも正パワーのレンズ
素子５を通過し、投写光学系７の入射瞳９に入射する。
投写光学系７の入射瞳９に入射した光は投写光学系によ
ってスクリーンに拡大投影される。

【００６４】ここで、図２（ｂ）に示すように、光束１
０ａ、光束１０ｂ及び光束１０ｃは正パワーのレンズ素
子５を通過して反射型ライトバルブ６へと入射するが、
レンズ素子５の光学界面（凸面）２０ａで一部が反射
し、光束２１ａ、光束２１ｂ、光束２１ｃを形成する。
この光学界面２０ａによる反射光はライトバルブ表示領
域近傍に虚像２２を形成し、不要光成分となる。更に、
この不要光成分の一部は、投写レンズ７の入射瞳９に入
射し、スクリーンに到達すると考えられる。

【００６５】一方、正パワーのレンズ素子５の光学界面
２０ｂは、平面でパワーを持たない面である。このた
め、照明光学系２の出射瞳８から出射する光束１０ａ、
１０ｂ及び１０ｃは、反射型ライトバルブ６と光軸が平
行である光学界面２０ｂを通過する際には、光学界面２
０ｂと空気層との屈折率差に応じて「スネルの法則」に
従って屈折する。

【００６６】この場合、光学界面２０ｂでも光学界面２
０ａと同様に反射が発生するが、光学界面２０ｂは平面
であるため、反射光は、界面の法線を基準とした入射光
の入射角度と同じ大きさの角度で出射する。更に、照明
光学系２の出射瞳８から出射される光束１０ａ、１０ｂ
及び１０ｃが光学界面２０ｂで略テレセントリックとな
るため、光学界面２０ｂで反射して発生した光束も略テ
レセントリックとなる。

【００６７】このため、この反射光の各光束の広がり角
は相等しく、又反射光の各光束の主光線が界面の法線と
なす角度は全て同じであり、主光線は略平行となる。こ
の結果、光学界面２０ｂにおける反射光による虚像は、
ライトバルブから極めて離れた位置に形成されるので、
光学界面２０ｂにおける反射光の一部が投写レンズ７に
入射しても、光束の集中によってスクリーン上に表示さ
れたり、ゴースト像が形成されたりすることは無いと言
える。

【００６８】ところで、正パワーのレンズ素子５の凸面
（光学界面２０ａ）を反射型ライトバルブ６側に向けた
態様や、従来の投写型表示装置のように正パワーのレン
ズ素子として両面が凸面のレンズを用いた態様が考えら
れる。しかしながら、このような態様では、反射型ライ
トバルブ６に入射する照明光の光束１０ａ、１０ｂ及び
１０ｃは、正パワーのレンズ素子を通過した後に、テレ
セントリックになる。

【００６９】即ち、上記の態様では、照明光の光束１０
ａ、１０ｂ及び１０ｃの主光線は、正パワーのレンズ素
子５におけるいずれの光学界面においても互いに略平行
にならず、これらの光学界面での反射光は、反射型ライ
トバルブの近傍に虚像を形成する。このため、上記の態
様では、本実施の形態１に比べて、投写レンズ７に入射
する不要光成分が多く、その結果、投影画像上にゴース
ト等が発生し、投写画像の画質が大きく劣化すると言え
る。

【００７０】このように、本実施の形態１にかかる投写
型表示装置においては、正パワーのレンズ素子５として
１枚の平凸レンズを用い、更に、正パワーのレンズ素子
５は、その凸面（光学界面２０ａ）を投写レンズ７に向
けた状態で、反射型ライトバルブ６と投写レンズ７との
間に配置される。このため、本実施の形態１にかかる投
写型表示装置を用いれば、従来の投写型表示装置に比
べ、投写レンズ７に入射する不要光成分によって投写画
像の画質が低下するのを抑制することができる。

【００７１】また、正パワーのレンズ素子５をこのよう
に配置しているため、正パワーのレンズ素子５の光軸１
４に対して傾斜した方向から入射する各光束１０ａ、１
０ｂ及び１０ｃに、比較的バランスよく屈折力が働くこ
ととなる。よって、反射型ライトバルブ６の表示領域の
一部に光束が集中することがなく、輝度ムラの発生を抑
制できる。

【００７２】本実施の形態１にかかる投写型表示装置に
おいては、正パワーのレンズ素子５の光学界面（凸面）
２０ａには、極超低反射コート等を施して反射防止膜を
形成するのが好ましい態様である。このような態様とす
ることで、光学界面２０ａでの反射光の発生をより抑制
でき、更にスクリーン上に到達する不要光成分を小さく
できるので、よりコントラストの低下しない良好な画像
を得ることができる。反射防止膜としては、例えばＴｉ
０₂、Ｓｉ０₂などの透明光学薄膜や、これらの積層膜等
が挙げられる。

【００７３】また、本実施の形態１にかかる投写型表示
装置では、正パワーのレンズ素子５を用いているため、
投写レンズ７としてテレセントリックな光学系を用いて
も、投写光学系７の入射瞳９と照明光学系２の出射瞳８
とを小さくすることができる。更に、プリズムを用いる
ことなく照明光学系２からの入射光の光路と反射型ライ
トバルブからの出射光の光路とを分離することができ
る。このため、本実施の形態１にかかる投写型表示装置
によれば、装置の小型化を図ることができ、更に正面投
写が実現できる。

【００７４】更に、図１及び図２（ａ）に示すように、
本実施の形態１にかかる投写型表示装置においては、反
射型ライトバルブ６の光軸１５、投写光学系７の光軸１
３及び正パワーのレンズ素子５の光軸１４は互いに平行
であり、これらは一致している。このため、投写光学系
に偏芯した要素がなく、投写画像の収差が良好に補正で
きる。

【００７５】なお、本明細書でいう「光軸が平行」に
は、許容できる範囲の誤差を有している場合も含まれ
る。同様に、「光軸が一致」には完全に一致している場
合だけでなく、許容できる範囲の誤差を有している場合
も含まれる。

【００７６】また、光軸１３〜１５が互いに平行であっ
て、一致するため、反射型ライトバルブ６からの出射光
の光束１１ａ、１１ｂ及び１１ｃの主光線は、正パワー
のレンズ素子５の焦点１６を通ることとなる。更に、図
１及び図２（ａ）に示すように、照明光学系２の出射瞳
８と投写レンズ７の入射瞳９とは、正パワーのレンズ素
子５について共役関係にあり、正パワーのレンズ素子５
の焦点面１７と投写レンズ７の入射瞳９とは一致する。

【００７７】このため、本実施の形態にかかる投写型表
示装置においては、投写レンズ７で周辺光が通過できず
にけられるのを抑制でき、投写画像は最大の明るさを得
ることができる。また、正パワーのレンズ素子５におけ
る光学界面２０ａ（凸面）の頂点から投写レンズ７の入
射瞳９までの距離ｄは、正パワーのレンズ素子５のバッ
クフォーカスと略一致する。

【００７８】なお、照明光学系２の出射瞳８と投写光学
系７の入射瞳９とは、正パワーのレンズ素子５について
共役関係にあるが、ここでいう「共役関係」は、図１及
び図２に示すように投写レンズ７の入射瞳９が、正パワ
ーのレンズ素子５の焦点面１６と一致している場合だけ
を言うのではない。正パワーのレンズ素子５と反射型ラ
イトバルブ６により構成される結像系によって、入射瞳
９が照明光学系２の出射瞳８の位置に結像される場合を
もいう。具体的には、照明光学系２の出射瞳８を通る光
束のうち反射型ライトバルブ６で反射される光束の８０
％以上が、レンズ素子５を通過して投写レンズ７の入射
瞳９の有効領域に入射している場合であれば、上記の
「共役関係」にあるといえる。

【００７９】また、図１及び図２（ａ）に示すように、
本実施の形態１においては、照明光学系２は、出射瞳８
が正パワーのレンズ素子５の焦点面１７の近傍となるよ
うに配置されている。照明光学系２をこのように配置す
ることにより、反射型ライトバルブ６に入射する照明光
を容易にテレセントリックにでき、更に照明光の損失を
抑制することができる。

【００８０】本実施の形態においては、正パワーのレン
ズ素子５として焦点距離が４０ｍｍ〜８０ｍｍ程度のも
のを用いるのが好ましい。このような正パワーのレンズ
素子５を用いれば、適切なパワーが得られ、照明光学系
２の出射瞳８からの光束と反射型ライトバルブ６を出射
して投写光学系７の入射瞳９に入射する光束との分離を
確実なものとできるからである。なお、正パワーのレン
ズ素子５の焦点距離は、反射型ライトバルブ６への入射
光と反射型ライトバルブ６からの出射光とがなす角度、
反射型ライトバルブ６への入射光のＦナンバ、反射型ラ
イトバルブ６からの出射光のＦナンバにあわせて適宜選
択できる。

【００８１】ところで、上述したように反射型ライトバ
ルブ６がＯＮ状態のとき、反射型ライトバルブ６で反射
された光（ＯＮ光）は投写レンズ７に入射するが、ＯＦ
Ｆ状態のとき、反射された光（ＯＦＦ光）は光軸１５に
対して一４０度（時計方向）の方向に出射する。このＯ
ＦＦ光も同様に正パワーのレンズ素子５に入射するが、
ＯＮ光と出射方向が異なるため、正パワーのレンズ素子
５の焦点面１７に近いが、投写レンズ７の入射瞳９とは
異なる位置に集光する。このため、投写レンズ７の最終
面に近接して絞りを設けた構成とすることで、不要光の
入射を極力抑えることができる。

【００８２】本実施の形態１では、正パワーのレンズ素
子５は、屈折率の高い硝材で形成するのが好ましい。こ
の場合、正パワーのレンズ素子５の中心厚を薄くでき、
投写型表示装置をより小型化することができる。また、
レンズ素子の凸面の曲率半径を大きくしても、強いパワ
ーで入射光を屈折させることができるので、反射光によ
る不要光成分がスクリーン上に到達するのを抑制でき
る。具体的には、屈折率が１.７４以上、１．８５以下
の材料を用いるのが好ましい。このような材料であれ
ば、硝材コストを押さえつつ、十分な性能を得ることが
できる。

【００８３】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２にかかる投写型表示装置について、図３及び図４を
参照しながら説明する。図３は、本発明の実施の形態２
にかかる投写型表示装置の構成を示す図である。図４
は、図３に示す正パワーのレンズ素子の表面を拡大して
示す図である。なお、本実施の形態２でも、反射型ライ
トバルブとして、図１７で示したＤＭＤが用いられてい
る。図３は、ＤＭＤを構成する微小ミラーの回転支軸に
垂直に切断してなる断面で示されている。

【００８４】図３に示すように、本実施の形態２にかか
る投写型表示装置は、正パワーのレンズ素子３５が異な
る以外は、実施の形態１にかかる投写型表示装置と同様
に構成されている。即ち、光源３１、照明光学系３２、
反射型ライトバルブ３６及び投写レンズ３７は、実施の
形態１で用いられたものと同様のものである。

【００８５】また、本実施の形態２では、光源３１、照
明光学系３２、正パワーのレンズ素子３５、反射型ライ
トバルブ３６及び投写レンズ３７は、実施の形態１と同
様に配置されている。本実施の形態２においても、反射
型ライトバルブ３６、投写レンズ３７および正パワーの
レンズ素子３５は、互いの光軸（４５、４３、４４）が
平行となり、これらが一致するように配置されている。
なお、図３において、３８は照明光学系３２の出射瞳、
３９は投写レンズ３７の入射瞳、４７は正パワーのレン
ズ素子３５の焦点面、４６は正パワーのレンズ素子３５
の焦点である。また、４０ａ〜４０ｃは照明光の光束で
あり、４１ａ〜４１ｃは反射型ライトバルブ３６からの
出射光の光束である。

【００８６】図３に示すように、本実施の形態２におい
ては、正パワーのレンズ素子３５は、実施の形態１とは
異なり、両凸レンズで構成されている。更に、図４に示
すように、正パワーのレンズ素子３５の両面には、微細
加工技術により、複数の微小な突起４２が形成されてい
る。

【００８７】この突起４２のピッチｐ１は可視帯域波長
（照明光の波長）の１／２以下、好ましくは１５０ｎｍ
〜２５０ｎｍに設定するのが良い。また、突起４２の高
さｈ１はピッチｐ１の１倍以上、好ましくは３倍以上に
設定するのが良く、具体的には、３００ｎｍ〜７５０ｎ
ｍとするのが良い。

【００８８】なお、図４の例では、突起４２は、円錐状
に形成されており、軸断面の面積が先端から底部に向か
うにつれて徐々に大きくなっているが、本発明はこれに
限定されるものではない。突起４２は、柱状に形成され
ていても良く、また突起４２の断面は円形以外の多角形
であっても良い。

【００８９】このため、本実施の形態２においては、複
数の微少な突起４２が形成されたレンズ面が空気層と接
することとなり、下記の参考文献に記載のように、正パ
ワーのレンズ素子３５に入射した光は、複数の微少な突
起４２によって、あたかも連続的に屈折率が変化したか
のごとく振舞うこととなる。この場合、正パワーのレン
ズ素子に入射した光は、図２（ｂ）で示したようにレン
ズ面で反射されること無く、レンズ素子に入射する。よ
って、本実施の形態２にかかる投写型表示装置によれ
ば、投写レンズ３７に入射する不要光成分をゼロにする
ことができる。 ［参考文献］Hiroshi TOYOTA, Koji TAKAHARA, Masato
OKANO, Tsutom YOTSUYA and Hisao KIKUTA “Fabricati
Ｏｎ of MicrocＯｎe Array for AntireflectiＯｎ Str
uctured Surface Uｓｉｎg Metal Dotted Pattern"、Jp
n. J. Appl. Phyn. Vol. 40 (2001 ) pp. 1747-1749

【００９０】この結果、照明光学系３２からの光束４０
ａ、４０ｂ及び４０ｃは正パワーのレンズ素子３５の各
光学界面で反射されること無く、反射型ライトバルブ３
６に到達し、光学像を照明する。また、反射型ライトバ
ルブ３６からの出射した光は、正パワーのレンズ素子３
５により収束され、投写レンズ３７の入射瞳３９に入射
する。よって、反射型ライトバルブ３６上に形成された
光学像は投写レンズ３７によりスクリーンに拡大投写さ
れる。

【００９１】なお、本実施の形態２においても、実施の
形態１と同様に、正パワーのレンズ素子３５として平凸
レンズを用いることもでき、凸面を投写レンズ３７に向
けて配置することができる。この場合は、凸面にのみに
複数の微少な突起を設ければ良い。また、複数の微少な
突起の形成方法としては、成形面に微少な凹部が複数設
けられた金型を用いてレンズ全体と共に形成する方法
や、複数の微少な突起が設けられていないレンズのレン
ズ面にエッチングを施して形成する方法等が挙げられ
る。

【００９２】このように本実施の形態２にかかる投写型
表示装置を用いれば、実施の形態１にかかる投写型表示
装置よりも、更に不要光成分による投写画像の画質の低
下を抑制することができる。また、本実施の形態２にお
いても、実施の形態１と同様に、全反射プリズムを用い
ることなく正面投写を実現することができる。

【００９３】また、本実施の形態２においても、実施の
形態１と同様に、正パワーのレンズ素子３５は、屈折率
の高い硝材で形成するのが好ましい。具体的には、屈折
率が１.７４以上、１．８５以下の材料を用いるのが好
ましい。

【００９４】（実施の形態３）次に、本発明の実施の形
態３にかかる投写型表示装置について、図５及び図６を
参照しながら説明する。図５は、本発明の実施の形態３
にかかる投写型表示装置の構成を示す図である。図６
は、図５に示す正パワーのレンズ素子を拡大して示す断
面図である。なお、本実施の形態３でも、反射型ライト
バルブとして、図１７で示したＤＭＤが用いられてい
る。図５は、ＤＭＤを構成する微小ミラーの回転支軸に
垂直に切断してなる断面で示されている。

【００９５】図５に示すように、本実施の形態３にかか
る投写型表示装置も、正パワーのレンズ素子５５が異な
る以外は、実施の形態１にかかる投写型表示装置と同様
に構成されている。即ち、光源５１、照明光学系５２、
反射型ライトバルブ５６及び投写レンズ５７は、実施の
形態１で用いられたものと同様のものである。

【００９６】また、本実施の形態３では、光源５１、照
明光学系５２、正パワーのレンズ素子５５、反射型ライ
トバルブ５６及び投写レンズ５７は、実施の形態１と同
様に配置されている。本実施の形態３においても、反射
型ライトバルブ５６、投写レンズ５７および正パワーの
レンズ素子５５は、互いの光軸（６５、６３、６４）が
平行となり、これらが一致するように配置されている。
なお、図５において、５８は照明光学系５２の出射瞳、
６７は正パワーのレンズ素子５５の焦点面、６６は正パ
ワーのレンズ素子５の焦点である。また、６０ａ〜６０
ｃは照明光の光束であり、６１ａ〜６１ｃは反射型ライ
トバルブ５６からの出射光の光束である。

【００９７】図５及び図６に示すように、本実施の形態
３においては、正パワーのレンズ素子５５は、実施の形
態１とは異なり、平凹レンズ６８と平凸レンズ６９とを
接合して構成されている。また、平凸レンズ６９の屈折
率は、平凹レンズ６８の屈折率よりも大きくなってい
る。

【００９８】具体的には、平凹レンズ６８は、下記表１
に示すように、例えば、硝材Ａ、硝材Ｂなど、屈折率の
比較的低い材料を用いて形成される。一方、平凸レンズ
６９は、下記表１に示すように、硝材Ｃ、硝材Ｄ等の屈
折率が比較的高い硝材を用いて形成される。なお、表１
において「ｎｄ」は、硝材Ａ〜硝材Ｄの屈折率を示し、
「νｄ」は、硝材Ａ〜硝材Ｄの分散を示している。

【００９９】

【表１】

【０１００】この平凹レンズ６８と平凸レンズ６９とを
接合して構成したレンズ素子５５も、実施の形態１で用
いられるレンズ素子と同様に、全体として正パワーを有
している。このため、実施の形態１と同様に、照明光学
系５２の出射瞳５８から出射される光束６０ａ、６０ｂ
及び６０ｃは、それぞれ主光線が互いに略並行で、反射
型ライトバルブ５６の光軸６５となす角度が約２０度の
テレセントリックな照明光となる。また、各光束の広が
り角はいずれも略等しくなる。

【０１０１】また、反射型ライトバルブ５６からの出射
光は、正パワーのレンズ素子５５により光束が小さくさ
れながら、投写レンズ５７の入射瞳５９に入射する。投
写レンズ５７の入射瞳５９に入射した光は投写レンズ５
７によってスクリーンに拡大投影される。

【０１０２】本実施の形態３においては、接合する２枚
のレンズの屈折率差が大きいほど接合面のパワーが大き
くなる。しかしながら、屈折率差が大きいほど接合面で
の界面反射が増大し、実施の形態１で述べたと同様の反
射による不要光が接合面で発生する。このため、投写レ
ンズ５７に入射する不要光成分が多いと、投写画像のコ
ントラストが低下してしまう。

【０１０３】このため、本実施の形態３では、接合面で
の反射率を低減して不要光の発生を抑制するため、図６
（ａ）に示すように、低屈折率材料で構成された平凹レ
ンズ６８の面６８ｂと高屈折率材料で構成された平凸レ
ンズ６９の面６９ａとの間に、平凹レンズ６８の屈折率
よりも大きく、平凸レンズ６９の屈折率よりも小さい屈
折率を有する膜が介在した態様としている。

【０１０４】具体的には、平凸レンズ６９の面６９ａ
に、両者の材料の少なくとも中間の屈折率を有する薄膜
７０ｂを蒸着等によって形成し、薄膜７０ｂが形成され
た平凸レンズ６９と平凹レンズ６８とを、薄膜７０ｂと
平凹レンズ６８との中間の屈折率を有する接着材７０ａ
によって接合している。図６（ａ）に示す薄膜７０ｂの
例としては、Ｓｉ０₂膜、Ｔｉ０₂膜等や、これらの積層
膜が挙げられる。

【０１０５】また、本実施の形態３では、図６（ｂ）に
示すように、平凹レンズ６８の面６８ｂと平凸レンズ６
９の面６９ａとの間に、屈折率が平凹レンズ６８の屈折
率から平凸レンズ６９の屈折率まで変化する膜を介在さ
せた態様とすることもできる。

【０１０６】具体的には、屈折率が１.５〜１.８５まで
連続的に変化する薄膜７０ｂを平凸レンズ６９の面６９
ａにスパッタリングによって形成し、この平凸レンズ６
９と平凹レンズ６８とを、平凹レンズ６８と同等の屈折
率をもつ接着剤７０ａ（例えば、チバ・スペシャル・ケ
ミカルズ社製「アラルダイトＡＹ１０３」等）によって
接合している。

【０１０７】図６（ｂ）に示す薄膜７０ｂの例として
は、高い屈折率を有する膜と、中間の屈折率を有する膜
と、低い屈折率を有する膜との積層膜が挙げられる。高
い屈折率を有する膜としては、Ｎｂ₂Ｏ₅膜、Ｓｂ₂Ｏ
₅膜、Ｔａ₂Ｏ₅膜等や、これらの積層膜が挙げられる。
中間の屈折率を有する膜としては、Ｓｉ０₂膜、Ｔｉ０₂
膜等や、これらの積層膜が挙げられる。また、低い屈折
率を有する膜としては、ＭｇＦ₂膜、ＬｉＦ膜、ＢａＦ₂
膜等や、これらの積層膜が挙げられる。

【０１０８】このような図６（ａ）及び（ｂ）に示す態
様とすることにより、平凹レンズ６８と平凸レンズ６９
との接合面での界面反射はほぼ零に抑制することができ
るで、反射光による不要光の発生を抑制した正パワーの
レンズ素子を得ることができる。

【０１０９】本実施の形態３においても、照明光学系５
２の出射瞳５８からの光束６０ａ、６０ｂ及び６０ｃ
は、凹レンズ６８の面６８ａに入射し、一部は面６８ａ
で反射する。しかし、面６８ａは凹面であり、光束６０
ａ、６０ｂ及び６０ｃの各主光線は互いに平行ではな
い。従って、面６８ａの曲率半径を適切に設定すること
により、光束６０ａ、６０ｂ及び６０ｃの面６８ａでの
反射光がライトバルブ５６の有効表示領域上に虚像を形
成するのを抑制できる。また、反射型ライトバルブ５６
からの出射光の光束６１ａ、６１ｂ及び６１ｃが、互い
に略平行に出射するためには、面６８ａは凹面であるこ
とが必要である。

【０１１０】ところで、平凹レンズ６８の凹面（面６８
ａ）の曲率半径が小さいほど、光束６０ａ、６０ｂ及び
６０ｃの反射光に含まれる各種光線の反射角度が大きく
なり、反射光の投写レンズ５７に入射する成分は少なく
なる。しかし、面６８ａの曲率半径が小さくなると、正
パワーのレンズ素子５５全体のパワーを確保するために
は、接合面となる面６８ｂ及び面６９ａの曲率半径を小
さくするか、平凹レンズ６８と平凸レンズ６９との屈折
率差を大きくする必要がある。

【０１１１】ところが、レンズ間の屈折率差は、実用上
世の中に存在する透明ガラス材料を用いた場合は最大
０.４５程度であり、それ以上大きくすることはできな
い。また、接合面となる面６８ｂ及び面６９ａの曲率半
径を小さくしようとすると、レンズ加工上、中心厚を厚
くする必要があり、投写レンズのバックフォーカスが長
くなってしまう。従って、これらの理由から、平凹レン
ズ６８の凹面（面６８ａ）の曲率半径は、面６８ａにお
ける反射光が形成する虚像がライトバルブ５６の有効表
示領域外に形成される範囲で最大の曲率半径を選択する
とよい。

【０１１２】このように、正パワーのレンズ素子５５と
して、平凹レンズ６８と平凸レンズ６９との接合レンズ
を用いれば、不要反射光の入射を抑制しつつ、正パワー
のレンズとして適切なパワーを得ることができる。更
に、照明光学系５２の出射瞳５８からの光束と、反射型
ライトバルブ５６から出射されて投写レンズ５７の入射
瞳５９に入射する光束との分離を確実なものとできる。

【０１１３】また、上記の効果を高める点から、本実施
の形態３においては、正パワーのレンズ素子５５として
焦点距離が４０ｍｍ〜８０ｍｍ程度のものを用いるのが
好ましい。なお、正パワーのレンズ素子５５の焦点距離
は、反射型ライトバルブ５６への入射光とそれからの出
射光とがなす角度、反射型ライトバルブ５６への入射光
のＦナンバ、それからの出射光のＦナンバにあわせて適
宜選択できる。

【０１１４】このように本実施の形態３にかかる投写型
表示装置を用いれば、実施の形態１にかかる投写型表示
装置よりも、更に不要光成分による投写画像の画質の低
下を抑制することができる。また、本実施の形態３にお
いても、実施の形態１と同様に、全反射プリズムを用い
ることなく正面投写を実現することができる。

【０１１５】（実施の形態４）次に、本発明の実施の形
態４にかかる投写型表示装置について、図７及び図８を
参照しながら説明する。図７は、本発明の実施の形態４
にかかる投写型表示装置の構成を示す図である。図８
（ａ）は、図７に示す反射型ライトバルブの近傍部分に
おける照明光と投写光の光路を示す図であり、図８
（ｂ）は、図７に示す反射型ライトバルブの近傍部分に
おける正パワーのレンズ素子の光学界面での反射光の振
る舞いを示す図である。

【０１１６】なお、本実施の形態４でも、反射型ライト
バルブとして、図１７で示したＤＭＤが用いられてい
る。図７および図８は、ＤＭＤを構成する微小ミラーの
回転支軸に垂直に切断してなる断面で示されている。ま
た、微小ミラーの可動範囲は±１０度である。

【０１１７】最初に図７を用いて本実施の形態４におけ
る投写型表示装置の構成および動作を説明する。本実施
の形態４にかかる投写型表示装置は、以下の点で実施の
形態１にかかる投写型表示装置と異なっている。図７に
示すように、反射型ライトバルブ７６と正パワーのレン
ズ素子７５とは互いの光軸（８５、８４）を平行にした
状態で、光軸（８５、８４）間に距離ｄ１を設けて配置
されている。また、距離ｄ１は、レンズ素子７５の光学
界面８８で反射する照明光の不要光成分のうち投写レン
ズ７７に入射する光が、反射型ライトバルブから出射さ
れる変調光の有効光成分と分離されるように設定されて
いる。

【０１１８】更に、本実施の形態４では、正パワーのレ
ンズ素子７５は、実施の形態１で示したレンズ素子と同
様の形状を有しているが、有効径や屈折率の点で異なっ
ている。また、投写レンズ７７のスクリーン側に遮光部
７３を有している。

【０１１９】上記の点以外の点では、本実施の形態４に
かかる投写型表示装置は、実施の形態１にかかる投写型
表示装置と同様に構成されている。即ち、正パワーのレ
ンズ素子７５の配置は、照明光がレンズ素子７５を通過
して反射型ライトバルブ７６を照明するように、又反射
型ライトバルブ７６から出射する変調光がレンズ素子７
５を通過して投写レンズ７７に入射するように行われて
いる。

【０１２０】また、光源７１、照明光学系７２、反射型
ライトバルブ７６及び投写レンズ７７は、実施の形態１
で用いられたものと同様のものである。更に、正パワー
のレンズ素子７５と投写レンズ７７とは、互いの光軸
（８４、８３）が平行となり、これらが一致するように
配置されている。照明光学系７２の出射瞳７８と投写レ
ンズ７７の入射瞳７９とは、正パワーのレンズ素子７５
について共役関係にある。なお、図７において、８７は
正パワーのレンズ素子７５の焦点面、８６は正パワーの
レンズ素子７５の焦点である。

【０１２１】このような構成により、本実施の形態４に
かかる投写型表示装置においても、実施の形態１と同様
に、反射型ライトバルブ７６からの出射光が正パワーの
レンズ素子７５を通過して投写レンズ７７に入射するこ
とにより、反射型ライトバルブ７６上の光学像がスクリ
ーン上に拡大投写される。

【０１２２】次に、図８を用いて本発明の投写型表示装
置の原理を説明する。照明光学系７２の出射瞳７８から
は、実施の形態１と同様に、光源７１により集光され、
照明光学系７２により均一化および整形された光束が出
射する。即ち、図８（ａ）に示すように、照明光学系７
２の出射瞳７８からは、反射型ライトバルブ７６の上部
を照明する光束８０ａ、反射型ライトバルブ７６の中央
部を照明する光束８０ｂ、反射型ライトバルブ７６の下
部を照明する光束８０ｃが出射される。

【０１２３】光束８０ａ、８０ｂ及び８０ｃは、正パワ
ーのレンズ素子７５を通過して反射型ライトバルブ７６
へと入射する。このため、出射瞳７８から出射する光線
の内、反射型ライトバルブ上部を照明する光束８０ａ
は、正パワーのレンズ素子７５により屈折し、正パワー
のレンズ素子７５に入射する前と比べ、正パワーのレン
ズ素子７５の光軸８４となす角が小さくなる方向に屈折
する。

【０１２４】一方、反射型ライトバルブ７６の下部を照
明する光束８０ｃは、正パワーのレンズ素子７５によ
り、光軸８４とのなす角が大きくなる方向に屈折する。
このように、実施の形態１と同様に、正パワーのレンズ
素子７５を通過した光束８０ａ、光束８０ｂ及び光束８
０ｃはそれぞれ主光線が互いに略並行で、反射型ライト
バルブ７６の光軸８５となす角度が約２０度のテレセン
トリックな照明光となる。また、各光束の広がり角はい
ずれも略等しくなる。

【０１２５】このとき、図８（ｂ）に示すように、実施
の形態１と同様に、照明光学系７２の出射瞳７８からの
光束８０ａ、８０ｂ及び８０ｃの一部は、正パワーのレ
ンズ素子７５の光学界面８８で反射され、光束９０ａ、
９０ｂ及び９０ｃが発生し、投写レンズ７７の方向に進
行する。これらの光束は、反射型ライトバルブ７６の近
傍に虚像８２を形成する不要光である。

【０１２６】しかしながら、本実施の形態４では、上述
したように反射型ライトバルブ７６と正パワーのレンズ
素子７５とは、互いの光軸（８５、８４）が距離ｄ１だ
け離れるように配置されている。また、距離ｄ１は、上
述したように、光学界面８８で発生した光束９０ａ、９
０ｂ及び９０ｃのうち投写レンズ７７に入射する光が、
反射型ライトバルブ７６から出射される変調光の有効光
成分と分離されるように設定されている。

【０１２７】このため、本実施の形態４によれば、虚像
８２は、反射型ライトバルブ７６の有効表示領域以外に
形成されることとなり、よって、スクリーンの表示領域
上における不要光の発生を抑制できるので、画質の優れ
た投写画像を得ることができる。

【０１２８】なお、反射型ライトバルブ７６の光軸８５
と正パワーのレンズ素子７５の光軸８４との距離ｄ１の
設定においては、反射型ライトバルブ７６の有効表示領
域の大きさ、照明光学系７２の出射瞳７８の大きさや形
状、虚像８２の強度分布等を加味して行なわれる。

【０１２９】具体的には、距離ｄ１の設定は、以下のよ
うにして行なうことができる。例えば、反射型ライトバ
ルブ７６が矩形の表示領域を有しており、この矩形のい
ずれかの辺と平行に距離ｄ１が設けられるのであるなら
ば、距離ｄ１はこの辺の長さの１／４以上、１／２以下
とするのが好ましい。この場合、投写レンズ７７の有効
像円を著しく大きくすること無く、又光軸を互いにチル
トさせること無く、適切なパワーで、照明光学系７２の
出射瞳７８からの光束と、反射型ライトバルブ７６から
出射されて投写レンズ７７の入射瞳７９に入射する光束
との分離を確実なものとしつつ、不要光の発生を抑制で
きる。

【０１３０】また、本実施の形態４においては、上述し
たように、投写レンズ７７のスクリーン側に遮光部７３
を有している。このため、投写レンズ７７に入射した不
要光を遮光することができる。なお、遮光部７３は、不
要光を適切に遮蔽できるのであれば、投写レンズ７７か
らスクリーンまでの間のいずれに配置してもよい。図７
の例では、不要光は投写レンズ７７から出射する光束の
うちの一部であるため、遮光部７３の形状は、不要光の
通過する領域のみを遮蔽する形状となっている。但し、
遮光部７３の形状は特に限定されるものではなく、例え
ば、開口部を有した枠状や環状等であっても良い。

【０１３１】この場合、遮光部７３の開口部は、反射型
ライトバルブ７６から出射して投写レンズ７７に入射す
る光束のうち、本来の映像の表示に必要な有効光束のみ
が、スクリーン（図示せず）に到達するように設ければ
良い。

【０１３２】また、この場合、遮光部７３を投写レンズ
７７のスクリーン側に配置するのであれば、一般にここ
での光束はスクリーンの有効表示領域とほぼ相似形であ
るため、開口部もスクリーンの有効表示領域とほぼ相似
形となるように形成するのが好ましい。

【０１３３】本実施の形態４においては、虚像８２が形
成される面と反射型ライトバルブ７６の表示面とが略一
致した態様とするのが好ましい。この態様とすれば、表
示領域中の虚像８２と重なる領域を最も小さくでき、又
正パワーのレンズ素子７５の光軸８４と反射型ライトバ
ルブ７６の光軸８５との距離ｄ１を小さくできる。更
に、この態様とすれば、投写レンズ７７の有効像円を小
さくできる。

【０１３４】また、本実施の形態４においては、正パワ
ーのレンズ素子７５として焦点距離が５０ｍｍ〜１２０
ｍｍ程度のものを用いるのが好ましい。このような正パ
ワーのレンズ素子７５を用いれば、適切なパワーが得ら
れ、照明光学系７２の出射瞳７８からの光束と反射型ラ
イトバルブ７６から出射して投写レンズ７７の入射瞳７
９に入射する光束との分離を確実なものとできるからで
ある。

【０１３５】なお、正パワーのレンズ素子７５の焦点距
離は、反射型ライトバルブ７６への入射光とそれからの
出射光とがなす角度、反射型ライトバルブ７６への入射
光のＦナンバ、それからの出射光のＦナンバにあわせて
適宜選択できる。

【０１３６】また、本実施の形態４では、上述したよう
に、レンズ素子７５として、実施の形態１で用いられた
レンズ素子よりも有効径が大きいレンズ素子が用いられ
ている。これは、距離ｄ１が設定されているため、正パ
ワーのレンズ素子７５における照明光の光束が通過する
領域と反射型ライトバルブ７６から出射される光束が通
過する領域とを合わせた有効領域が広がるからである。

【０１３７】ところで、１枚の平凸レンズで正パワーの
レンズ素子７５を構成し、有効径を大きくしようとする
と、コバ厚を確保するために、厚い中心厚が必要にな
る。従って、本実施の形態４においても、実施の形態１
と同様に、正パワーのレンズ素子７５は屈折率の高い硝
材で形成するのが好ましい。具体的には、屈折率が１.
７４以上、１．８５以下の材料を用いるのが好ましい。

【０１３８】このように本実施の形態４にかかる投写型
表示装置を用いれば、実施の形態１にかかる投写型表示
装置よりも、更に不要光成分による投写画像の画質の低
下を抑制することができる。また、本実施の形態４にお
いても、実施の形態１と同様に、全反射プリズムを用い
ることなく正面投写を実現することができる。

【０１３９】（実施の形態５）次に、本発明の実施の形
態５にかかる投写型表示装置について、図９及び図１０
を参照しながら説明する。図９は、本発明の実施の形態
５にかかる投写型表示装置の構成を示す図である。図１
０は、図９に示す反射型ライトバルブの近傍部分を拡大
して示す図である。なお、本実施の形態５でも、反射型
ライトバルブとして、図１７で示したＤＭＤが用いられ
ている。図９及び図１０は、ＤＭＤを構成する微小ミラ
ーの回転支軸に垂直に切断してなる断面で示されてい
る。

【０１４０】最初に、図９を用いて本実施の形態５にか
かる投写型表示装置の構成および動作を説明する。本実
施の形態５にかかる投写型表示装置は、以下の点で実施
の形態１にかかる投写型表示装置と異なっている。図９
に示すように、レンズ素子９５と反射型ライトバルブ９
６との光軸方向における距離ｄ２は、レンズ素子９５の
光学界面で反射する照明光の不要光成分のうち投写レン
ズ９７に入射する光が、反射型ライトバルブ９６から出
射される変調光の有効光成分と分離されるように設定さ
れている。

【０１４１】また、本実施の形態５にかかる投写型表示
装置は、投写レンズ９７のスクリーン側に遮光部１２０
を有している。更に、本実施の形態５にかかる投写型表
示装置は、カラーホイール１２１を有しており、照明光
学系９２の構成が実施の形態１と異なっている。

【０１４２】上記の点以外の点では、本実施の形態５に
かかる投写型表示装置は、実施の形態１にかかる投写型
表示装置と同様に構成されている。即ち、光源９１と、
正パワーのレンズ素子９５、反射型ライトバルブ９６及
び投写レンズ９７は、実施の形態１で用いられたものと
同様のものである。

【０１４３】また、反射型ライトバルブ９６、投写レン
ズ９７および正パワーのレンズ素子９５は、実施の形態
１と同様に配置されており、互いの光軸（１０５、１０
３、１０４）は平行、且つ、一致している。更に、実施
の形態１と同様に、照明光学系９２の出射瞳９８と投写
レンズ９７の入射瞳９９とは、正パワーのレンズ素子９
５について共役関係にある。なお、図９において、１０
７は正パワーのレンズ素子９５の焦点面、１０６は正パ
ワーのレンズ素子９５の焦点である。

【０１４４】本実施の形態５においては、照明光学系９
２は、照明光学系９２は、コンデンサレンズ１２２と、
第１のレンズアレイ１２３と、第２のレンズアレイ１２
４と、リレーレンズ１２５とを順に配置して構成されて
いる。

【０１４５】本実施の形態５において、カラーホイール
１２１は、光源９１からの光が集光する凹面鏡１ｂの第
２焦点ｆ２に配置されている。カラーホイール１２１
は、円周上にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のフ
ィルタを順に並べて構成されており、その一部を光が通
過する。カラーホイール１２１にはモータなどの原動機
（図示せず）が取り付けられており、カラーホイール１
２１は軸１２６を中心にして高速で回転するよう構成さ
れている。そのため、通過光は順次Ｒ、Ｇ、Ｂに切り替
わる。カラーホイール１２１を通過した光は凹面鏡１ｂ
の第２焦点ｆ２に焦点を持つコンデンサレンズ１２２に
より略平行光に変換される。

【０１４６】変換された略平行光は第１のレンズアレイ
１２３に入射する。第１のレンズアレイ１２３は複数の
正パワーのレンズ素子で構成されており、この複数の正
パワーのレンズ素子はそれぞれ反射型ライトバルブ９６
の表示領域の形状に略相似形の開口を有している。ま
た、第２のレンズアレイ１２４も第１のレンズアレイ１
２３と同様に複数の正パワーのレンズ素子で構成されて
いる。よって、第１のレンズアレイ１２３に入射した略
平行光は、第１のレンズアレイ１２３を構成する複数の
レンズ素子によって分割され、該レンズ素子に対応する
第２のレンズアレイ１２４を構成する各レンズ素子に発
光体像を形成する。

【０１４７】第２のレンズアレイ１２４を構成する各レ
ンズ素子から出射した光線は、リレーレンズ１２５、反
射型ライトバルブ９６近傍の正パワーのレンズ素子９５
を順に通過し、反射型ライトバルブ９６を照明する。こ
のとき、第２のレンズアレイ１２４の各レンズ素子から
出射した光線は反射型ライトバルブ９６の表示領域で重
ね合わされる。なお、照明光学系９２の出射瞳９８は第
２のレンズアレイ１２４の略近傍であって、リレーレン
ズ１２５中にある。

【０１４８】反射型ライトバルブ９６から出射した光線
は、正パワーのレンズ素子９５により収束され、投写レ
ンズ９７の入射瞳９９に入射する。よって、反射型ライ
トバルブ９６上に形成された光学像は投写レンズ９７に
よりスクリーンに拡大投写される。

【０１４９】次に、図１０を用いて、本実施の形態５の
不要光成分と有効光成分の分離の原理を説明する。照明
光学系９２の出射瞳９８からは、光源９１により集光さ
れ、照明光学系９２により均一化および整形された光束
が出射し、反射型ライトバルブ９６の上部を照明する光
束１００ａ、反射型ライトバルブ９６の中央部を照明す
る光束１００ｂ、反射型ライトバルブ９６の下部を照明
する光束１００ｃが出射される。

【０１５０】このとき、図１０に示すように、図１０中
の照明光学系９２の出射瞳９８からの光束１００ａ、１
００ｂ及び１００ｃの一部は、正パワーのレンズ素子９
５の光学界面１０２で反射され、光束１１９ａ、１１９
ｂ、１１９ｃが発生し、投写レンズ９７の方向に進行す
る。これらの光束は、反射型ライトバルブ９６の近傍に
虚像１１２を形成する不要光である。

【０１５１】しかしながら、本実施の形態５では、上述
したように、レンズ素子９５と反射型ライトバルブ９６
との距離ｄ２は、レンズ素子９５の光学界面１０２で発
生した光束１１９ａ、１１９ｂ及び１１９ｃのうち投写
レンズ９７に入射する光が、反射型ライトバルブ９６か
ら出射される変調光の有効光成分と分離されるように設
定されている。このため、スクリーンの表示領域上にお
ける不要光の発生を抑制でき、画質の優れた投写画像を
得ることができる。

【０１５２】ここで、距離ｄ２の設定について説明す
る。距離ｄ２を徐々に大きしていくと、照明光の光束１
００ａ、１００ｂ及び光束１００ｃがレンズ素子９５を
通過する位置は図中下方向にシフトする。更にこれに伴
い、反射光の光束１１９ａ、１１９ｂ及び１１９ｃが正
パワーのレンズ素子９５で反射する位置も図中下方向に
シフトする。

【０１５３】この場合、光束１１９ａ、１１９ｂ及び１
１９ｃのうち投写レンズ９７に入射する光は、反射型ラ
イトバルブ９６から出射される変調光の有効光成分と徐
々に分離され、虚像１１２も、相対的に図中下方向に反
射型ライトバルブ９６の光軸１０５から遠ざかるように
移動する。

【０１５４】このことから、距離ｄ２は、虚像１１２が
反射型ライトバルブ７６の有効表示領域以外に形成され
るように設定するのが好ましく、この場合、上述したス
クリーンの表示領域上における不要光の発生をより抑制
することができ、より優れた画質の投写画像を得ること
ができる。

【０１５５】また、本実施の形態５においても、上述し
たように、投写レンズ９７のスクリーン側に遮光部１２
０を有している。このため、投写レンズ９７に入射した
不要光を遮光することができる。遮光部１２０は実施の
形態４で示したものと同様のものである。

【０１５６】本実施の形態５においては、照明光学系９
２の出射瞳９８から正パワーのレンズ素子９５までの距
離と、正パワーのレンズ素子９５の焦点距離を適切に選
択することで、虚像１１２が形成される面と、反射型ラ
イトバルブ９６の表示面とを略一致させることができ
る。この場合、表示領域中の虚像１１２と重なる領域を
最も小さくでき、又正パワーのレンズ素子９５と反射型
ライトバルブ９６との距離ｄ２を小さくできるので、投
写レンズ９７のバックフォーカスを短縮し、小型化を図
ることができる。

【０１５７】ところで、本実施の形態５においては、距
離ｄ２を設定しているため、反射型ライトバルブ９６か
らの出射光の光束は、実施の形態１に比べて大きくな
る。このため、本実施の形態５においても、正パワーの
レンズ素子の有効径を大きくするのが好ましい態様であ
る。また、実施の形態４で述べたように、正パワーのレ
ンズ素子９５を１枚の平凸レンズで構成しようとする
と、コバ厚を確保するために、厚い中心厚が必要にな
る。従って、本実施の形態５においても、実施の形態１
と同様に、正パワーのレンズ素子９５は屈折率の高い硝
材で形成するのが好ましい。具体的には、屈折率が１.
７４以上、１．８５以下の材料を用いるのが好ましい。

【０１５８】このように本実施の形態５にかかる投写型
表示装置を用いれば、実施の形態１にかかる投写型表示
装置よりも、更に不要光成分による投写画像の画質の低
下を抑制することができる。また、本実施の形態５にお
いても、実施の形態１と同様に、全反射プリズムを用い
ることなく正面投写を実現することができる。

【０１５９】（実施の形態６）次に、本発明の実施の形
態６にかかる投写型表示装置について、図１１〜図１３
を参照しながら説明する。図１１は、本発明の実施の形
態６にかかる投写型表示装置の構成を示す図である。図
１２は、図１１に示す投写型表示装置を構成する投写レ
ンズの入射瞳を示している。なお、本実施の形態６で
も、反射型ライトバルブとして、図１７で示したＤＭＤ
が用いられている。図１１は、ＤＭＤを構成する微小ミ
ラーの回転支軸に垂直に切断してなる断面で示されてい
る。

【０１６０】最初に、図１１を用いて本実施の形態６に
かかる投写型表示装置の構成および動作を説明する。図
１１に示すように、本実施の形態６にかかる投写型表示
装置は、投写レンズ９７のスクリーン側に遮光部１２０
が設けられておらず、代わりに絞りが設けられている点
で、実施の形態５にかかる投写型表示装置と異なってい
る。それ以外の点では、本実施の形態６にかかる投写型
表示装置は、実施の形態５にかかる投写型表示装置と同
様である。なお、図１１において図９と同じ符号が付さ
れた部分は、図９で示されたものと同様のものである。

【０１６１】本実施の形態６にかかる投写型表示装置に
おいては、図１２に示すように投写レンズ９７の入射瞳
９９に、投写レンズ９７の光軸１０３に対して偏心した
絞り１３８が設けられている。また、後述するように第
２の絞り（図示せず）も設けられている。１２７は有効
領域である。このため、反射型ライトバルブ９６で反射
される照明光のうち光学像を構成するもの（変調光の有
効光成分）のみが絞り１３８を通過する。この点につい
て図１３を用いて説明する。

【０１６２】図１３は、図１１に示す反射型ライトバル
ブの表示領域の中心部分における光束の振る舞いを示す
図である。図１３では、反射型ライトバルブを構成する
微小ミラーのうち表示領域の中心にあるもののみが図示
されている。また、図１３は、ＤＭＤを構成する微小ミ
ラーの回転支軸に垂直に切断してなる断面で示されてい
る。図１３において、９６ａはＯＮ状態の微小ミラー、
９６ｂはＯＦＦ状態の微小ミラーであり、投写レンズ９
７については入射瞳９９のみが示されている。

【０１６３】図１３に示すように、照明光学系の光軸１
２８と反射型ライトバルブ９６の光軸１０５（投写レン
ズ９７の光軸１０３）とがなす角をβ、ＯＮ状態の微小
ミラーの法線１２９と反射型ライトバルブ９６の光軸１
０５とがなす角をγとする。このとき、反射型ライトバ
ルブ９６がＯＮ状態のときに出射される光束の主光線１
３２と反射型ライトバルブ９６の光軸１０５とのなす角
αは下記式（２）であらわされる。 α＝β−２γ・・・・・（２）

【０１６４】一方、反射型ライトバルブ９６がＯｆｆ状
態のときに出射される光束１３９の主光線１３３と反射
型ライトバルブの光軸１０５（投写レンズ９７の光軸１
０３）とがなす角をδとすると、δは下記式（３）であ
らわされる。このＯＦＦ状態のときに出射される光束は
不要光となる。 δ＝４γ＋α・・・・・（３）

【０１６５】投写画像の画質を向上するためには、不要
光が投写レンズ９７の入射瞳９９に入射してレンズの内
部に迷光を発生させたり、不要光がスクリーンに到達し
たりしないようにすることが必要である。従って、上記
式（３）より、角度αを０以上とすれば、δが大きくな
り、反射型ライトバルブ９６がＯＦＦ状態の時に出射さ
れる光束は、角度αが０の時に光束１４０の位置にあっ
たものが光束１３９の位置へとシフトする。よって、主
光線１３３は投写レンズの入射瞳９９から遠くなり、上
記の不要光が入射瞳９９に入射するのを抑制できる。

【０１６６】また、反射型ライトバルブ９６がＯＮ状態
のときに出射される光束の主光線１３２と反射型ライト
バルブの光軸１０５とが一致するとき、即ちαが０度の
場合の有効領域は点線で示す１３０である。しかし、主
光線１３２が傾くと（α>０）と有効領域は図中上方向
にシフトし、この場合の有効領域は図１２でも示した１
２７となる。よって、本実施の態様においては、投写レ
ンズの入射瞳９９のうち、有効領域１２７以外の領域
は、不要光が通過しないよう絞り１３８を設けて遮光し
ている。

【０１６７】また、反射型ライトバルブの表面に設けら
れた透明基板で反射される光も不要光となるが、この不
要光の主光線１３４と反射型ライトバルブの光軸１０５
（投写レンズ９７の光軸１０３）とがなす角もβとな
る。よって、角度αを０度以上とすることで、この不要
光の主光線１３４と反射型ライトバルブの光軸１０５
（投写レンズ９７の光軸１０３）とがなす角βも大きく
なり、この不要光が投写レンズの入射瞳９９に入射する
のも抑制できる。

【０１６８】ところで、反射型ライトバルブ９６の表示
領域（図示せず）には、微少ミラー、駆動用信号線及び
画素電極等で構成された画素が周期的に形成されてい
る。投写画像の高精細化が進むにつれ、反射型ライトバ
ルブ９６上の有効画素数も増大する。このため、反射型
ライトバルブ９６のサイズが大型化しない限り、反射型
ライトバルブ９６上の画素（微小ミラー）の大きさは小
さくなり、画素のピッチも小さくなる。

【０１６９】また、一般に、反射型ライトバルブのサイ
ズを小さくすることで、反射型ライトバルブ及びそれを
用いた光学系のコストを低減することができるので、反
射型ライトバルブは小型化するのが好ましいと言える。
従って、画素の大きさ及びピッチは今後より小さくなる
可能性が高いと考えられる。

【０１７０】ここで、図１７に示すような反射型ライト
バルブのような周期的な構造を有する物体に光が入射し
た場合を考える。一般に、微細な周期構造をもつ物体に
光が入射すると、周期構造をもつ物体は回折格子として
機能し、０次光、１次光、２次光、・・・の回折光が発
生する。回折格子が反射面で形成される場合には、反射
光が回折光になる。回折光は次数に合わせて離散的に強
度分布を持って発生し、各次数の回折光は下記式（４）
を満たす。なお、下記式（４）において、θは入射光が
光軸となす角、θ´は出射光が光軸となす角、ｎは整数
で回折次数、λは波長、ｄ３は周期構造のピッチを示
す。 （ｎλ）／ｄ３＝ｓｉｎθ−ｓｉｎθ´・・・・・（４）

【０１７１】従って、図１７に示すような反射型ライト
バルブでは、反射型ライトバルブの透明基板で反射され
て発生する不要光は、主光線１３４を中心として軸１３
５ａ及び１３５ｂの方向に角度θ１の広がり角を有する
光束１３６として出射されると共に、上記した微細な周
期構造によって発生する回折光としても出射される。こ
の回折光のうち、０次光の外側に発生する１次光の光束
は、光束１３６の最外周に位置する軸１３５ａ及び１３
５ｂに対し、離散的に出射するが、重畳されて、θ1よ
りおおきな広がり角を有する光束１３７として出射す
る。

【０１７２】ところで、上記の回折光において強度の最
も強い光は、１次の回折光である。１次の回折光は、入
射光に対し、下記式（５）で表される角度φの広がり角
を持って出射される。 ｓｉｎφ＝λ／ｄ・・・・・（５）

【０１７３】従って、透明基板で反射されて発生する光
束１３７は、上記式（５）より、光束１３６の広がり角
θ１を含む角度（θ１＋φ）の角度で出射する。

【０１７４】一方、図１３から分かるように、βは下記
式（６）の関係も満たす。なお、θ1は上述したように
反射型ライトバルブ９６で反射されて投写レンズに入射
する光の広がり角である。 β＝２θ1＋α・・・・・（６）

【０１７５】従って、図１３に示すように、反射型ライ
トバルブ９６から出射される変調光の有効光成分（ＯＮ
光）の一部が不要光の光束１３７と重なってしまい、不
要光の光束１３７の一部が有効領域１２７を通過してし
まう。このため、本実施の形態６においては、図１３に
示すように第２の絞り１３１を設けて有効領域１２７の
一部を遮光し、光束１３７の一部が通過しない構成とし
ている。また、第２の絞り１３１は、その最も光軸１０
５側の端部と微小ミラー９６ａとを結ぶ線の光軸１０５
に対する角度が（θ３−φ）又は（θ１＋α−φ）とな
るように、光束１３７の外形に沿って形成するのが好ま
しい。

【０１７６】また、本実施の形態６においては、入射瞳
９９は図１３で示すように有効領域１２７を包含する必
要がある。よって、投写レンズのＦナンバＦ１は、下記
式（１）を満たすものであるのが好ましい。 Ｆ１=１／（２ｓｉｎ（θ１十α））・・・・・（１）

【０１７７】例えば、反射型ライトバルブの画素ピッチ
が１４μｍ程度である場合、１次回折光は光束１３６に
対して約２.４度（φ＝２.４度）広がり角を大きくした
範囲で発生する。従って、投写レンズの有効入射瞳（有
効領域１２７）は光軸１０３に対して２.４度より大き
い角度（α）で偏心させるのが好ましい。また、この場
合、微小ミラー（９６ａ、９６ｂ）の傾き角が±１０度
であるとすると、投写レンズのＦナンバＦ１は、偏芯の
無い場合の約３に対し、上記式（１）より約２.４とな
る。

【０１７８】このように本実施の形態６にかかる投写型
表示装置においては、投写レンズの入射瞳９９に偏心し
た絞り１３８と第２の絞り１３１とを設け、反射型ライ
トバルブからの画像を構成する光束がこれらの絞りを通
過するように構成されている。即ち、本実施の形態６に
おいては、反射型ライトバルブがＯＮ状態のときに出射
される光束の主光線１３２と反射型ライトバルブの光軸
１０５とのなす角αは０度より大きく設定されている。

【０１７９】よって、本実施の形態６にかかる投写型表
示装置を用いれば、Ｏｆｆ光や透明基板で反射された光
等の不要光が投写レンズの入射瞳９９に入射するのを抑
制でき、投写画像の画質の向上を図ることができる。な
お、本実施の形態では絞り１３８は円形を呈している
が、本実施の形態においてはこれに限定されるものでは
なく、例えば楕円形を呈するものであっても良い。

【０１８０】このように本実施の形態６にかかる投写型
表示装置を用いれば、実施の形態１にかかる投写型表示
装置よりも、更に不要光成分による投写画像の画質の低
下を抑制することができる。また、本実施の形態６にお
いても、実施の形態１と同様に、全反射プリズムを用い
ることなく正面投写を実現することができる。

【０１８１】また、このように投写レンズには偏心した
絞り１３８や第２の絞り１３１が設けられているため、
絞りが設けられているレンズまたはレンズ群を回転さ
せ、この回転によって前後に焦点調整を行うのは好まし
くない。従って、本実施の形態６においては、投写レン
ズの焦点調整手段としては、レンズ群を回転させること
なく光軸方向への移動のみによって焦点調整を行うもの
が好ましく、特には投写レンズを構成するレンズ群のう
ち前群のみを移動させて焦点調整を行うものが好まし
い。

【０１８２】具体的には、前進ヘリコイドを用いた焦点
調整手段が挙げられる。なお、偏芯した絞りが設けられ
ていないレンズ群のみを回転させて焦点調整を行うので
あれば、このような焦点調整手段を用いるのも好ましい
態様である。

【０１８３】また、本実施の形態６においても、実施の
形態５と同様に、正パワーのレンズ素子９５は、屈折率
の高い硝材で構成しているのが好ましい。具体的には、
屈折率が１.７４以上、１．８５以下の材料を用いるの
が好ましい。

【０１８４】（実施の形態７）次に本発明の実施の形態
７にかかる投写型表示装置について、図１４を参照しな
がら説明する。図１４は、本発明の実施の形態７にかか
る投写型表示装置の構成を示す図である。なお、本実施
の形態７でも、反射型ライトバルブとして、図１７で示
したＤＭＤが用いられている。図１４はＤＭＤを構成す
る微小ミラーの回転軸に垂直に切断してなる断面で示さ
れている。

【０１８５】図１４に示すように、本実施の形態７にか
かる投写型表示装置は、照明光学系の１４２の構成が異
なる以外は、実施の形態６と同様に構成されている。即
ち、光源１４１と、正パワーのレンズ素子１４５反射型
ライトバルブ１４６及び投写レンズ１４７は実施の形態
６と同様のものであり、これらは実施の形態６と同様に
配置されている。

【０１８６】本実施の形態７においては、照明光学系１
４２は、コンデンサレンズ１６０と、光束を分割するレ
ンズアレイ１６４と、複数の光ファイバー１６６を束ね
て構成されたライトガイド１６５と、リレーレンズ１６
７とを順に配置して構成されている。

【０１８７】このため、カラーホイール１２１を通過
し、コンデンサレンズ１６０によって変換された略平行
光は、レンズアレイ１６４を通過して、ライトガイド１
６５を構成する各光ファイバー１６６に入射する。各光
ファイバー１６６に入射した光は、ファイバー内部で反
射を繰り返した後、出射する。

【０１８８】ところで、実施の形態１〜実施の形態５に
示す投写型表示装置では、照明光学系の各要素（例えば
照明光学系２のリレーレンズ系４など）は照明光学系の
光軸に垂直である。しかし、照明光学系は、その光軸
が、正パワーのレンズの光軸及び反射型ライトバルブの
光軸に対し傾斜するように配置されている。このため、
「シャインプルーフの定理」から反射型ライトバルブ上
に到達する照明光の形状が菱形や台形等の矩形を傾けた
形状となる可能性がある。この場合、反射型ライトバル
ブから出射する光は図中上から下に向けて光束密度が高
くなり、光束分布が不均一となる。

【０１８９】さらに、反射型ライトバルブ１４６から出
射された光の光束１５１ａ、１５１ｂ及び１５１ｃが正
パワーのレンズ素子１４５を通過すると、これらには屈
折が発生するが、屈折方向および屈折力は反射型ライト
バルブ１４６の表示領域のどの部分で反射されたかによ
って異なる。このため、投写レンズ１４７の入射瞳１４
９においても図中上から下に向けて光束密度が高くな
り、光束分布が不均一となる可能性がある。

【０１９０】このような光束分布の不均一が生じると、
照明光学系１４２の出射瞳１４８における一部の領域と
投写レンズ１４７の入射瞳１４９における一部の領域と
は、正パワーのレンズについて、共役関係が保てなくな
り、投写画像の明るさが不均一となる可能性がある。

【０１９１】このため、本実施の形態７においては、上
述したように、ライトガイド１６５を用いて照明光学系
１４２を構成している。ライトガイド１６５は複数の光
ファイバー１６６を束ねて構成され、照明光学系１４２
の出射瞳１４８は２次元状に配置された複数の光ファイ
バー１６６の出射光で構成される。よって、照明光学系
１４２の出射瞳１４８は複数の部分瞳要素を有すること
となり、出射瞳１４８の形状は複数の部分瞳要素の結合
した面形状となる。なお、本実施の形態においてこの面
は自由曲面であっても良い。

【０１９２】更に、図１４に示すように複数の光ファイ
バー１６６はライトガイド１６５の入射面１６５ａにお
いて均等に配列され、出射面１６５ｂにおいて不均等に
配列されている。図１４の例では、出射面１６５ｂにお
いて光ファイバー１６６の密度は図中上から下に向けて
低くなっている。このため照明光学系１４２から出射す
る照明光の光束分布は、出射された時点では不均一であ
るが、反射型ライトバルブで反射されたときに均一とな
る。即ち、「シャインプルーフの定理」から反射型ライ
トバルブ１４６上に到達する照明光の形状が矩形を傾け
た形状となるのが抑制される。

【０１９３】よって、投写レンズ１４７の入射瞳１４９
の全域又は略全域と照明光学系１４２の出射瞳１４８の
全域又は略全域とは良好な共役関係を満たすようにな
り、照明光学系１４２の出射瞳１４８から出射する照明
光は、投写光学系１４７の入射瞳１４９を最大限通過す
る。

【０１９４】本実施の形態７では、投写レンズ１４７の
入射瞳１４９と照明光学系１４２の出射瞳１４８とは正
パワーのレンズ素子１４５について共役関係にあるよう
配置されている。従って、「シャインプルーフの定理」
より、照明光学系１４２の出射瞳１４８の光束分布を適
切に制御することで、投写レンズ１４７の入射瞳１４９
上の光束分布を均一にすることができ、均一な明るさの
投写画像を得ることができる。

【０１９５】なお、本実施の形態では、照明光学系１４
２は、ライトガイド１６５を用いた態様に限定されるも
のではない。照明光学系１４２は、ライトガイド１６５
の代わりに、複数の正パワーのレンズ素子で構成された
レンズアレイが複数枚配置された構成であっても良い。
この構成では、レンズアレイを構成する正パワーのレン
ズ素子として焦点距離がそれぞれ異なるものを用いるこ
とで、照明光学系から出射する照明光の光束分布を適切
に制御できる。よって、この態様においても反射型ライ
トバルブで反射された照明光の光束分布を均一なものと
することができる。また、本実施の形態７で示した照明
光学系１４２は、他の実施の形態にかかる投写型表示装
置の照明光学系として用いることもできる。

【０１９６】また、本実施の形態７においても、投写レ
ンズ１４７に実施の形態６で示した構成と同様の絞り
（図１３中に示す絞り１３８及び第２の絞り１３１）が
設けられている。このため、照明光学系１４２は、反射
型ライトバルブ１４６で反射される照明光のうち光学像
を構成するものが、これら絞りを通過するように配置す
る必要がある。またこの場合、投写レンズのＦナンバは
実施の形態６と同様に上記式（１）を満たしているのが
好ましい。

【０１９７】また、本実施の形態７においても、実施の
形態５と同様に、正パワーのレンズ素子１４５は、屈折
率の高い硝材で形成するのが好ましい。具体的には、屈
折率が１.７４以上、１．８５以下の材料を用いるのが
好ましい。

【０１９８】本発明の投写型表示装置においては、反射
型ライトバルブを複数枚用いることもできる。なお、こ
の場合は、各反射型ライトバルブに単色光を入射させる
ための色分離光学系と、各反射型ライトバルブから出射
する光を合成する色合成光学系とを設ける必要がある。

【０１９９】また、本発明の投写型表示装置において
は、反射型ライトバルブの各画素を構成する微小ミラー
の可動範囲は±１０度に限定されるものではない。本発
明においては、微小ミラーの可動範囲は、使用される反
射型ライトバルブの特性に応じ、最適な光出力と高いコ
ントラストが得られるように設定すれば良い。

【０２００】更に、本発明の投写型表示装置において
は、反射型ライトバルブの各画素は稼動する微小ミラー
で構成された態様に限定されるものではない。本発明の
投写型表示装置においては、反射型ライトバルブは、光
の入射方向と出射方向が異なるものであって、出射方向
を制御できるものであれば良い。

【０２０１】（実施の形態８）図１５は、本発明のリア
プロジェクタの一例を示す構成図である。図１５に示す
ように、リアプロジェックタは、実施の形態１から実施
の形態７のいずれかに示した投写型表示装置１７０と、
投写型表示装置１７０から投写された光を反射するミラ
ー１７１と、ミラー１７１で反射された光を透過散乱さ
せて表示するスクリーン１７２と、これらを収容する筐
体１７３とで構成される。

【０２０２】このように、図１５に示すリアプロジェク
タでは、実施の形態１から実施の形態７のいずれかで示
した投写型表示装置を用いるため、小型化及び低コスト
化を図ることができ、又画質の良好な投写画像を表示す
ることができる。

【０２０３】（実施の形態９）図１６は、本発明のマル
チビジョンシステムの一例を示す構成図である。図１６
に示すように、マルチビジョンシステムは、複数の投写
システムと、映像信号分割回路１８９とを有している。
各投写システムは、実施の形態１から実施の形態７のい
ずれかで示した投写型表示装置（１８０〜１８２）と、
透過型スクリーン（１８３〜１８５）と、筐体（１８６
〜１８８）とで構成されている。

【０２０４】映像信号分割回路１８９は、画面を複数の
領域に分割し、各領域の映像信号を加工して、各投写シ
ステムを構成する投写型表示装置１８０、１８１及び１
８２に供給する。このため、投写型表示装置１８０、１
８１及び１８２から投写されるそれぞれの映像は、それ
ぞれに対応する透過型スクリーン１８３、１８４及び１
８５に結像され、全体として１枚の画像を構成する。こ
のように本実施の形態のマルチビジョンシステムによれ
ば、大画面でありながら、奥行きの短いコンパクトなセ
ットが実現できる。

【０２０５】また、透過型スクリーン１８３〜１８５の
うちの２つで全体として一つの画像を表示し、残りの一
つに別の画像を表示しても良い。また、視覚効果を得る
ために、各透過型スクリーンに同じ画像を表示しても良
い。更に、多様な情報を１度に提供するため、各透過型
スクリーンに別々のコンテンツを表示するようにして良
い。

【０２０６】投写型表示装置１８０、１８１及び１８２
は、各筐体内に取り付けられたセンサにより、点灯開始
時の光出力及び色再現性に応じて、映像分割回路１８９
によって分配された信号の輝度や色度、彩度等の色情報
を加工する態様としても良い。この場合、投写型表示装
置１８０、１８１及び投写型表示装置１８２から別々に
投写される画像であっても、一つの画面として均一性の
高い表示が実現できる。

【０２０７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
反射型ライトバルブ表示領域の近傍に正パワーのレンズ
素子を配置し、照明光学系の出射瞳の虚像を有効表示領
域内に形成しないようにすることができる。このため、
テレセントリックな光学系においても、投写レンズの入
射瞳、照明光学系の出射瞳の有効系を小さくすることが
でき、入射光と出射光の光路をコンパクトな構成で分離
できる。このため、従来使用されていた全反射プリズム
スプリッタ等の照明光と投影光とを分離する手段が不用
となる。よって、コストダウンを図りつつ、テレセント
リックな光学系での正面投写が可能となり、投写面内に
おける画質の均質化を実現できる。

【０２０８】即ち、本発明の投写型表示装置によれば、
反射型ライトバルブを用いた、コンパクトで、且つ、高
画質の表示光学系を実現する事ができると言える。ま
た、本発明にかかる投写型表示装置は正面投写による均
質な画像を確保することができる。更に、プリズムを用
いないため、低価格化を図ると同時に、明るくコントラ
ストの良い高画質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１にかかる投写型表示装置
の構成を示す図である。

【図２】図２（ａ）は、図１に示す反射型ライトバルブ
の近傍部分における照明光と投写光の光路を示す図であ
り、図２（ｂ）は、図１に示す反射型ライトバルブの近
傍部分における正パワーのレンズ素子の光学界面での反
射光の振る舞いを示す図である。

【図３】本発明の実施の形態２にかかる投写型表示装置
の構成を示す図である。

【図４】図３に示す正パワーのレンズ素子の表面を拡大
して示す図である。

【図５】本発明の実施の形態３にかかる投写型表示装置
の構成を示す図である。

【図６】図５に示す正パワーのレンズ素子を拡大して示
す断面図である。

【図７】本発明の実施の形態４にかかる投写型表示装置
の構成を示す図である。

【図８】図８（ａ）は、図７に示す反射型ライトバルブ
の近傍部分における照明光と投写光の光路を示す図であ
り、図８（ｂ）は、図７に示す反射型ライトバルブの近
傍部分における正パワーのレンズ素子の光学界面での反
射光の振る舞いを示す図である。

【図９】本発明の実施の形態５にかかる投写型表示装置
の構成を示す図である。

【図１０】図９に示す反射型ライトバルブの近傍部分を
拡大して示す図である。

【図１１】本発明の実施の形態６にかかる投写型表示装
置の構成を示す図である。

【図１２】図１１に示す投写型表示装置を構成する投写
レンズの入射瞳を示している。

【図１３】図１１に示す反射型ライトバルブの表示領域
の中心部分における光束の振る舞いを示す図である。

【図１４】本発明の実施の形態７にかかる投写型表示装
置の構成を示す図である。

【図１５】本発明のリアプロジェクタの一例を示す構成
図である。

【図１６】本発明のマルチビジョンシステムの一例を示
す構成図である。

【図１７】従来からのＤＭＤの各画素を構成する微小ミ
ラーの動作状態を示す図である。

【図１８】従来のＤＭＤを用いた投写型表示装置の概略
構成を示す図である。

【図１９】図１８に示すＤＭＤの近傍部分を拡大して示
す図である。

【図２０】従来の投写レンズを非テレセントリック系と
した投写型表示装置の概略構成を示す図である。

【図２１】図２０に示す反射型ライトバルブの近傍部分
を拡大して示す図である。

【符号の説明】

１、３１、５１、７１、９１、１４１ 光源 １ａ ランプ １ｂ 凹面鏡 ２、３２、５２、７２、９２、１４２ 照明光学系 ３ ロッドレンズ ４ リレーレンズ系 ５、３５、５５、７５、９５、１４５ 正パワーのレン
ズ素子 ６、３６、５６、７６、９６、１４６ 反射型ライトバ
ルブ ７、３７、５７、７７、９７、１４７ 投写レンズ ８、３８、５８、７８、９８、１４８ 照明光学系の出
射瞳 ９、３９、５９、７９、９９、１４９ 投写レンズの入
射瞳９ １０ａ〜１０ｃ、４０ａ〜４０ｃ、６０ａ〜６０ｃ、８
０ａ〜８０ｃ、１００ａ〜１００ｃ、１５０ａ〜１５０
ｃ 照明光の光束 １１ａ〜１１ｃ、４１ａ〜４１ｃ、６１ａ〜６１ｃ、１
０１ａ〜１０１ｃ、１５１ａ〜１５１ｃ 反射型ライト
バルブからの出射光の光束 １３、４３、６３、８３、１０３、１５３ 投写レンズ
の光軸 １４、４４、６４、８４、１０４、１５４ 正パワーの
レンズ素子の光軸 １５、４５、６５、８５、１０５、１５５ 反射型ライ
トバルブの光軸 １６、４６、６６、８６、１０６、１５６ 正パワーの
レンズ素子の焦点 １７、４７、６７、８７、１０７、１５７ 正パワーの
レンズ素子の焦点面 １８ ロッドレンズの入射面 １９ ロッドレンズの出射面 ２０ａ、８８、１０２ 光学界面（凸面） ２０ｂ、８９ 光学界面（凸面） ２１ａ〜２１ｃ、９０ａ〜９０ｃ、１１９ａ〜１１９ｃ
光学界面における反射光の光束 ２２、８２、１１２ 虚像 ４２ 突起 ６８ 平凹レンズ ６８ａ、６８ｂ 平凹レンズの面 ６９ 平凸レンズ ６９ａ、６９ｂ 平凸レンズの面 ７０ａ 接着剤 ７０ｂ 薄膜 ９６ａ ＯＮ状態の微小ミラー ９６ｂ Ｏｆｆ状態の微小ミラー １２０ 遮光部 １２１ カラーホイール １２２ コンデンサレンズ １２３ 第１のレンズアレイ １２４ 第２のレンズアレイ １２５ リレーレンズ １２６ 軸 １２７ 有効領域 １２９ ＯＮ状態の微小ミラーの法線 １３０ αが０度の場合の有効領域 １３１ 第２の絞り １３２ 反射型ライトバルブがＯｎ状態のときに出射さ
れる光束の主光線 １３３ 反射型ライトバルブがＯｆｆ状態のときに出射
される光束の主光線 １３４ 不要光の主光線 １３５ 軸 １３６ 不要光の光束 １３７ 回折光の光束 １３８ 絞り １３９ 反射型ライトバルブがＯＦＦ状態のときに出射
される光束 １６０ コンデンサレンズ １６４ 光束を分割するレンズアレイ １６５ ライトガイド １６５ａ ライトガイドの入射面 １６５ｂ ライトガイドの出射面 １６６ 光ファイバー １６７ リレーレンズ １７０、１８０〜１８２ 投写型表示装置 １７１ ミラー １７２、１８３〜１８５ スクリーン １７３、１８６〜１８８ 筐体 １８９ 映像信号分割回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 充弘 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） 2K103 AA07 AA14 AA18 AA25 AB01 AB05 AB07 BC19 BC27 BC28 BC44 BC50 CA03 CA19 CA46 CA60 CA76

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源の放射する光を集めて照明光を形成
   する照明光学系と、前記照明光を反射して、光学像を形
   成する変調光を出射する反射型ライトバルブと、前記反
   射型ライトバルブの形成した光学像を投影する投写レン
   ズと、正パワーのレンズ素子とを有し、 前記レンズ素子は、１枚の平凸レンズで構成され、 前記反射型ライトバルブと前記投写レンズとの間に、凸
   面を前記投写レンズに向けた状態で、前記照明光が前記
   レンズ素子を通過して前記反射型ライトバルブを照明
   し、又前記反射型ライトバルブから出射する前記変調光
   が前記レンズ素子を通過して前記投写レンズに入射する
   ように配置されていることを特徴とする投写型表示装
   置。
2. 【請求項２】 前記レンズ素子の前記凸面に反射防止膜
   が設けられている請求項１記載の投写型表示装置。
3. 【請求項３】 光源の放射する光を集めて照明光を形成
   する照明光学系と、前記照明光を反射して、光学像を形
   成する変調光を出射する反射型ライトバルブと、前記反
   射型ライトバルブの形成した光学像を投影する投写レン
   ズと、正パワーのレンズ素子とを有し、 前記レンズ素子は、一方又は両方の光学界面に複数の突
   起を有し、 前記反射型ライトバルブと前記投写レンズとの間に、前
   記照明光が前記レンズ素子を通過して前記反射型ライト
   バルブを照明し、又前記反射型ライトバルブから出射す
   る変調光が前記レンズ素子を通過して前記投写レンズに
   入射するように配置されており、 前記複数の突起は、ピッチが可視帯域波長の１／２以
   下、高さが前記ピッチの１倍以上となるように形成され
   ていることを特徴とする投写型表示装置。
4. 【請求項４】 前記複数の突起が、先端部から底部に向
   かうにつれて徐々に大きくなる軸断面を有している請求
   項３記載の投写型表示装置。
5. 【請求項５】 前記反射型ライトバルブ、前記投写レン
   ズ及び前記正パワーのレンズ素子は、互いの光軸が平行
   となり、且つ、一致するように配置されている請求項１
   〜４のいずれかに記載の投写型表示装置。
6. 【請求項６】 光源の放射する光を集めて照明光を形成
   する照明光学系と、前記照明光を反射して、光学像を形
   成する変調光を出射する反射型ライトバルブと、前記反
   射型ライトバルブの形成した光学像を投影する投写レン
   ズと、正パワーのレンズ素子とを有し、 前記反射型ライトバルブと前記投写レンズとは、互いの
   光軸が平行となるように配置されており、 前記レンズ素子は、平凹レンズと、前記平凹レンズより
   も屈折率の大きい平凸レンズとを接合して構成され、 前記反射型ライトバルブと前記投写レンズとの間に、前
   記照明光が前記レンズ素子を通過して前記反射型ライト
   バルブを照明し、又前記反射型ライトバルブから出射す
   る変調光が前記レンズ素子を通過して前記投写レンズに
   入射するように配置されており、 前記平凹レンズと前記平凸レンズとは、前記平凹レンズ
   の屈折率よりも大きく、前記平凸レンズの屈折率よりも
   小さい屈折率を有する膜、又は屈折率が前記平凹レンズ
   の屈折率から前記平凸レンズの屈折率まで変化する膜を
   介して接合されていることを特徴とする投写型表示装
   置。
7. 【請求項７】 前記レンズ素子と前記反射型ライトバル
   ブとは、互いの光軸を平行にした状態で、前記レンズ素
   子の光学界面で反射する前記照明光の不要光成分のうち
   前記投写レンズに入射する光が前記変調光の有効光成分
   と分離するように光軸間に距離を設けて配置されている
   請求項１記載の投写型表示装置。
8. 【請求項８】 前記反射型ライトバルブが矩形の表示領
   域を有しており、 前記距離が、前記矩形のいずれかの辺と平行に設けら
   れ、前記辺の長さの１／４以上、１／２以下に設定され
   ている請求項７記載の投写型表示装置。
9. 【請求項９】 前記レンズ素子と前記反射型ライトバル
   ブとは、前記レンズ素子の光学界面で反射する前記照明
   光の不要光成分のうち前記投写レンズに入射する光が前
   記変調光の有効光成分と分離するように、互いの光軸方
   向に距離をおいて配置されている請求項１記載の投写型
   表示装置。
10. 【請求項１０】 前記投写レンズと前記レンズ素子と
    が、互いの光軸が一致するように配置され、前記投写レ
    ンズは、その光軸に対して偏心した絞りを有し、前記照
    明光学系は、前記変調光が前記絞りを通過するように配
    置されている請求項１〜９のいずれかに記載の投写型表
    示装置。
11. 【請求項１１】 前記絞りの偏心方向が、前記照明光学
    系の光軸から離れる方向である請求項１０に記載の投写
    型表示装置。
12. 【請求項１２】 前記投写レンズが、その光軸方向への
    移動のみによって焦点調整を行う手段を有している請求
    項１０に記載の投写型表示装置。
13. 【請求項１３】 前記投写レンズのＦナンバをＦ１、照
    明光学系から出射し、前記反射型ライトバルブで反射さ
    れて前記投写レンズに入射する光の広がり角をθ１、前
    記反射型ライトバルブの表示領域の中心から出射される
    主光線と前記投写レンズの光軸とのなす角をαとしたと
    きに、下記式（１）を満たしている請求項１０記載の投
    写型表示装置。 Ｆ１=１／（２ｓｉｎ（θ１十α））・・・・・（１）
14. 【請求項１４】 前記照明光学系は、複数の部分瞳要素
    で形成された出射瞳を有し、前記照明光の光束分布が前
    記反射型ライトバルブで反射されたときに均一となるよ
    うに構成されている請求項１〜１３のいずれかに記載の
    投写型表示装置。
15. 【請求項１５】 前記照明光学系の出射瞳と前記投写レ
    ンズの入射瞳とが、前記レンズ素子について略共役関係
    にあり、 前記照明光学系の出射瞳を通る光束のうち前記反射型ラ
    イトバルブの表示領域で反射される光束の８０％以上
    が、前記レンズ素子を通過して前記投写レンズの入射瞳
    の有効領域に入射している請求項１〜１４のいずれかに
    記載の投写型表示装置。
16. 【請求項１６】 請求項１〜請求項１５のいずれかに記
    載の投写型表示装置と、前記投写型表示装置から投写さ
    れた光を反射するミラーと、前記ミラーで反射された光
    を透過散乱させて表示するスクリーンとを少なくとも有
    することを特徴とするリアプロジェクタ。
17. 【請求項１７】 複数の投写システムと、映像信号分割
    回路とを有し、 前記複数の投写システムそれぞれは、請求項１〜請求項
    １５のいずれかに記載の投写型表示装置と、前記投写型
    表示装置から投写された光を映し出す透過型スクリーン
    と、前記投写型表示装置を収納する筐体とで構成されて
    おり、 前記映像信号分割回路は、画面を複数の領域に分割し、
    各領域の映像信号を加工して前記投写システムを構成す
    る前記投写型表示装置それぞれに供給することを特徴と
    するマルチビジョンシステム。