JP2005128563A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 投写型表示装置を小型化することができる技術を提供する。
【解決手段】 投写型表示装置は、照明光を射出する照明光学系と、照明光を画像情報に応じて変調して変調光線束を生成する電気光学装置と、変調光線束を投写する投写光学系と、を備える。照明光学系は、半導体レーザを含む光源装置と、光源装置から射出された光を略平行な光線束とするための平行化レンズと、平行化レンズを通過した光線束の光の強度分布を平坦化するための略円錐形の透明体と、を備える。
【選択図】 図６

Description

本発明は、半導体レーザを用いた投写型表示装置に関する。

投写型表示装置では、照明光学系から射出された照明光を、液晶パネルなどを用いて画像情報（画像信号）に応じて変調し、変調された光をスクリーン上に投写することにより画像表示を実現している。照明光学系としては、一般に、高圧放電灯を用いた光源装置と、いわゆるインテグレータ光学系とが利用されている。インテグレータ光学系は、レンズアレイと重畳レンズとを含んでおり、光源装置から射出された光線束をレンズアレイを用いて分割し、分割された光線束を重畳レンズを用いて重畳することによって光の強度分布を均一化するものである。

ところで、近年、投写型表示装置の小型化が要求されている。しかし、従来の投写型表示装置では、インテグレータ光学系を含む照明光学系が、投写型表示装置において大きな容積を占めていたので、小型化が困難であるという問題があった。

この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、投写型表示装置を小型化することができる技術を提供することを目的とする。

上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第１の装置は、投写型表示装置であって、
照明光を射出する照明光学系と、
前記照明光を画像情報に応じて変調して変調光線束を生成する電気光学装置と、
前記変調光線束を投写する投写光学系と、
を備え、
前記照明光学系は、
半導体レーザを含む光源装置と、
前記光源装置から射出された光を略平行な光線束とするための平行化レンズと、
前記平行化レンズを通過した前記光線束の光の強度分布を平坦化するための平坦化フィルタと、
を備えることを特徴とする。

第１の装置では、光源装置として半導体レーザを利用している。また、本装置では、光源装置から射出された光の強度分布を平坦化するための手段として平坦化フィルタを用いている。これにより、照明光学系をかなり小型化することができ、この結果、投写型表示装置を小型化することが可能となる。

また、本装置では、光源装置として半導体レーザを用いているため、高圧放電灯などを利用する場合と比べ、かなり消費電力を小さくすることができるという利点もある。

ところで、光源装置として高圧放電灯を用いる場合には、その比較的大きな発熱による温度上昇を抑えるために、通常、冷却用のファンが使用されている。しかし、光源装置として半導体レーザを用いる場合には、発熱が比較的小さいため、冷却ファンを省略することができる。これによっても、投写型表示装置の消費電力を小さくすることができる。また、冷却ファンを省略することにより、冷却ファンの動作音を除去することができるので、投写型表示装置の動作に伴う騒音を低減することができるという利点もある。

本発明の第２の装置は、カラー画像を投写表示するための投写型表示装置であって、
赤，緑，青のそれぞれの色を有する照明光を射出する３つの照明光学系と、
前記３つの照明光学系のそれぞれから射出される前記照明光を画像情報に応じて変調して変調光線束を生成する３つの電気光学装置と、
前記３つの電気光学装置のそれぞれで得られる赤，緑，青の３つの色を有する前記変調光線束を合成する色合成部と、
前記色合成部から射出される合成光を投写する投写光学系と、
を備え、
前記３つの照明光学系のそれぞれは、
赤，緑，青のいずれかの色を有する光を射出する半導体レーザを含む光源装置と、
前記光源装置から射出された光を略平行な光線束とするための平行化レンズと、
前記平行化レンズを通過した前記光線束の光の強度分布を平坦化するための平坦化フィルタと、
を備えることを特徴とする。

第２の装置では、赤，緑，青の３つの色を有する照明光を射出する３つの照明光学系が備えられているため、カラー画像を投写表示することが可能である。また、第２の装置は、第１の装置と同様の効果を有しており、投写型表示装置を小型化することができるとともに、投写型表示装置の消費電力を小さくし、投写型表示装置の動作に伴う騒音を低減することができる。

上記の装置において、
前記３つの照明光学系のそれぞれに用いられる前記平坦化フィルタは、ＮＤフィルタであることが好ましい。

こうすれば、３つの照明光学系の平坦化フィルタとして、同じフィルタを利用することができる。

本発明の第３の装置は、投写型表示装置であって、
照明光を射出する照明光学系と、
前記照明光を画像情報に応じて変調して変調光線束を生成する電気光学装置と、
前記変調光線束を投写する投写光学系と、
を備え、
前記照明光学系は、
半導体レーザを含む光源装置と、
前記光源装置から射出された光を略平行な光線束とするための平行化レンズと、
前記平行化レンズを通過した前記光線束の光の強度分布を平坦化するための略円錐形の透明体と、
を備えることを特徴とする。

第３の装置では、光源装置として半導体レーザを利用している。また、本装置では、光源装置から射出された光の強度分布を平坦化するための手段として略円錐形の透明体を用いている。これにより、照明光学系をかなり小型化することができ、この結果、投写型表示装置を小型化することが可能となる。また、第１の装置と同様に、投写型表示装置の消費電力を小さくし、投写型表示装置の動作に伴う騒音を低減することができる。

本発明の第４の装置は、カラー画像を投写表示するための投写型表示装置であって、
赤，緑，青のそれぞれの色を有する照明光を射出する３つの照明光学系と、
前記３つの照明光学系のそれぞれから射出される前記照明光を画像情報に応じて変調して変調光線束を生成する３つの電気光学装置と、
前記３つの電気光学装置のそれぞれで得られる赤，緑，青の３つの色を有する前記変調光線束を合成する色合成部と、
前記色合成部から射出される合成光を投写する投写光学系と、
を備え、
前記３つの照明光学系のそれぞれは、
赤，緑，青のいずれかの色を有する光を射出する半導体レーザを含む光源装置と、
前記光源装置から射出された光を略平行な光線束とするための平行化レンズと、
前記平行化レンズを通過した前記光線束の光の強度分布を平坦化するための略円錐形の透明体と、
を備えることを特徴とする。

第４の装置では、赤，緑，青の３つの色を有する照明光を射出する３つの照明光学系が備えられているため、カラー画像を投写表示することが可能である。また、第３の装置と同様の効果を有しており、投写型表示装置を小型化することができるとともに、投写型表示装置の消費電力を小さくし、投写型表示装置の動作に伴う騒音を低減することができる。

上記の第３および第４の装置において、
前記略円錐形の透明体は、その頂点付近において略球面状の形状を有していることが好ましい。

略円錐状の透明体を用いる場合には、その頂点の加工が困難なことから、頂点付近に入射する光の強度分布を平坦化することが困難な場合がある。上記のようにすれば、透明体の頂点付近に入射する光をうまく拡散させることができるので、より平坦な光の強度分布を有する照明光を得ることが可能となる。

上記の第１ないし第４の装置において、
前記電気光学装置は、前記照明光が入射する光入射面と、前記光入射面内において前記照明光の変調を実行するための変調領域と、を含んでおり、
前記照明光学系は、さらに、
前記光入射面上において、前記照明光によって照射される光照射領域が、前記変調領域を包含し、かつ、前記変調領域にほぼ外接するような形状を有するように前記照明光の光線束を調整する光線束調整部を備えるようにしてもよい。

あるいは、上記の第１ないし第４の装置において、
前記電気光学装置は、前記照明光が入射する光入射面と、前記光入射面内において前記照明光の変調を実行するための変調領域と、を含んでおり、
前記照明光学系は、さらに、
前記光入射面上において、前記照明光によって照射される光照射領域が、前記変調領域より所定の幅だけ大きな形状を有するように前記照明光の光線束を調整する光線束調整部を備えるようにしてもよい。

このような光線束調整部を備えれば、光源装置から射出された光を電気光学装置において有効に利用することが可能となる。

Ａ．投写型表示装置の第１実施例：
図１は、本発明を適用した投写型表示装置の第１実施例を示す説明図である。この投写型表示装置は、３つの照明光学系１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂと、３枚の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム３２０と、投写レンズ３４０とを備えている。

各照明光学系１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは、それぞれＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色光を射出する光源装置１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂを備えている。各照明光学系１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから射出された各色光は、液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて画像情報に応じて変調される。液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて変調された各色光は、クロスダイクロイックプリズム３２０で合成され、合成された光は投写レンズ３４０によってスクリーンＳＣ上に投写される。これにより、スクリーンＳＣ上に画像が表示されることとなる。

図２は、図１の照明光学系１００Ｇを液晶ライトバルブ３００Ｇとともに示す説明図である。なお、図１の３つの照明光学系１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは、光源装置１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂが異なるのみで他の構成は同じなので、他の照明光学系１００Ｒ，１００Ｂについての説明は省略する。

図２（Ａ）は、照明光学系１００Ｇを図１と同じく、＋Ｙ方向から見たときの平面図である。図２（Ｂ）は、照明光学系１００Ｇを図１の−Ｘ方向から見たときの平面図である。図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、照明光学系１００Ｇは、光源装置１２０Ｇと、平行化レンズ１４０と、２つのシリンドリカルレンズ１６０ａ，１６０ｂと、平坦化フィルタ１８０とを備えている。なお、本実施例において、各構成要素は、軸１００Ｇａｘを中心に配置されている。

光源装置１２０Ｇは、その内部に、緑色の色光を射出する半導体レーザを備えている。半導体レーザは、周知のようにかなり小さいため、半導体レーザから射出される光は、点光源から射出された光と考えることができる。また、本実施例の光源装置１２０Ｇの内部には、半導体レーザの光射出面側に図示しない光アイソレータが設けられている。これにより、平行化レンズ１４０などからの戻り光が半導体レーザに入射することを防止し、半導体レーザの安定した発振を実現することができる。また、半導体レーザの光射出面でない他方の面には、レーザ光をモニタするためのフォトダイオードが備えられており、これを用いて半導体レーザの光出力が一定となるように制御することができる。

平行化レンズ１４０は、光源装置１２０Ｇから所定の角度で放射状に射出された光を平行光とするための機能を有している。本実施例の平行化レンズ１４０としては、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、両凸レンズが用いられているが、これに代えて平凸レンズなどを用いるようにしてもよい。なお、平行化レンズとしては、非球面レンズを用いることが好ましい。光源装置１２０Ｇから射出された光は、上記のように、点光源から射出された光と考えることができるため、平行化レンズ１４０から射出された光線束Ｌ０は、ほぼ平行な光となっている。

ところで、図２（Ａ），（Ｂ）から分かるように、光源装置１２０Ｇから射出された光線束は、軸１００Ｇａｘと垂直な面において、略楕円形状の断面を有している。これは、半導体レーザの共振器（活性層）の形状に依存するためである。本実施例においては、図２（Ａ），（Ｂ）から分かるように、略楕円形状の断面の長軸がＸ方向となっており、短軸がＹ方向となっている。このため、平行化レンズ１４０から射出される略平行な光線束Ｌ０の断面も略楕円形状となっている。

第１および第２のシリンドリカルレンズ１６０ａ，１６０ｂは、ビームエクスパンダとしての機能、すなわち、光線束Ｌ０の断面を所定の大きさに広げる機能を有している。第１のシリンドリカルレンズ１６０ａに入射した略平行な光線束Ｌ０は、略平行な光線束Ｌ１として第２のシリンドリカルレンズ１６０ｂから射出される。第２のシリンドリカルレンズ１６０から射出された光線束Ｌ１の形状は、照明光学系１００Ｇが照明すべき領域、すなわち、液晶ライトバルブ３００Ｇの略矩形の有効表示領域ＥＡの全体を照明できるように調整されている。光線束Ｌ１の断面形状については、さらに後述する。

平坦化フィルタ１８０（図２）は、入射する光線束Ｌ１の光の強度分布を平坦化する機能を有している。図３は、平坦化フィルタ１８０の機能を示す説明図である。図３（Ａ）は、平坦化フィルタ１８０に入射する光線束Ｌ１の光の強度Ｐの分布を示している。図３（Ａ）から分かるように、半導体レーザを用いた光源装置１２０Ｇから射出される光は、通常、軸１００Ｇａｘを中心とする略ガウス分布状の光の強度分布を有している。このような光の強度分布は、スクリーンＳＣ上に投写表示される画像に、明暗のムラを生じさせる原因となる。このため、本実施例では、平坦化フィルタ１８０を用いて光の強度分布を平坦化している。

図３（Ｂ）は、平坦化フィルタ１８０の透過率Ｔの分布を示している。図示するように、平坦化フィルタ１８０は、軸１００Ｇａｘ付近での透過率Ｔが最も小さく、軸１００Ｇａｘから離れるに従って透過率が大きくなる略逆ガウス状の透過率分布を有している。また、軸１００Ｇａｘからの距離がフィルタの有効寸法Ｌｘ，Ｌｙ（図２（Ａ），（Ｂ））より大きな領域では、透過率が０％となっている。なお、図３に示されているＤｘ，Ｄｙは、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、液晶ライトバルブ３００Ｇにおける略矩形の有効表示領域ＥＡのＸ方向，Ｙ方向の半分の長さである。フィルタの有効寸法Ｌｘ，Ｌｙは、有効表示領域ＥＡの寸法Ｄｘ，Ｄｙよりも大きな値に設定されている。

図３（Ｃ）は、平坦化フィルタ１８０から射出される光線束Ｌ２の光の強度Ｐの分布を示している。図示するように、平坦化フィルタ１８０から射出された光線束Ｌ２は、軸１００Ｇａｘからの距離がフィルタの有効寸法Ｌｘ，Ｌｙまでの領域（有効フィルタ領域）でほぼ一定の光の強度Ｐ１となっており、他の領域では光の強度は０となっている。

図３（Ｃ）に示すような強度分布を有する光を得るために、図３（Ｂ）に示す平坦化フィルタ１８０の透過率分布は、図３（Ａ）に示す平坦化フィルタ１８０に入射する光の強度分布に基づいて決定されている。すなわち、軸１００Ｇａｘからの距離がフィルタの有効寸法Ｌｘ，Ｌｙより小さな範囲において、平坦化フィルタ１８０の透過率Ｔは、平坦化フィルタ１８０に入射する光の強度分布と逆の分布にほぼ等しく設定されている。図３（Ａ）に示す光の強度Ｐが比較的大きな領域では、図３（Ｂ）に示すように透過率Ｔが比較的小さくなっており、光の強度Ｐが比較的小さな領域では、透過率Ｔが比較的大きくなっている。このような平坦化フィルタ１８０を用いることにより、図３（Ｃ）に示すような光の強度分布がほぼ均一となった光線束Ｌ２（図２）を得ることができる。

なお、本実施例の平坦化フィルタ１８０は、ガラスなどの基板上に反射膜あるいは吸収膜が形成されたものである。具体的には、反射膜の反射率や、吸収膜の厚みを調整することによって図３（Ｂ）に示すような透過率分布を有するフィルタを得ることができる。

また、本実施例では、平坦化フィルタ１８０として、ＮＤ（neutral density）フィルタが用いられている。ここで、ＮＤフィルタとは、光の色（波長）に依存しない減光フィルタである。このように、平坦化フィルタ１８０としてＮＤフィルタを用いれば、３つの照明光学系１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ（図１）に同じフィルタを用いることができるという利点がある。すなわち、ＮＤフィルタは、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の光に対して同じ透過率を示すので、１種類の平坦化フィルタを用いるだけでＲ，Ｇ，Ｂの各色の光に対して図３（Ｂ）に示すような同じ透過率分布を得ることができる。

以上のような構成によって、照明光学系１００Ｇ（図２）は、緑色の照明光（光線束Ｌ２）を射出し、液晶ライトバルブ３００Ｇを照明する。

図４は、照明光学系１００Ｇから射出された光線束Ｌ２の断面形状と液晶ライトバルブ３００Ｇとの関係を示す説明図である。図示するように、液晶ライトバルブ３００Ｇは、２Ｄｘ×２Ｄｙの大きさを有する矩形の有効表示領域ＥＡを含んでいる。ここで、有効表示領域ＥＡは、入射した光を変調するための変調領域であり、この変調領域を通過した変調光線束をスクリーン上に投写することによって画像が表示されることとなる。略楕円形状の第１の領域ＬＡ１は、図２に示す第２のシリンドリカルレンズ１６０ｂから射出された光線束Ｌ１の断面を示している。略楕円形状の第２の領域ＬＡ２は、平坦化フィルタ１８０から射出された光線束Ｌ２の断面を示しており、領域ＬＡ２は、その長軸がＬｘ、短軸がＬｙの大きさを有している。すなわち、略楕円形状の領域ＬＡ２は、図２の照明光学１００Ｇから射出された光線束Ｌ２が液晶ライトバルブ３００Ｇの光入射面において照射する光照射領域である。なお、光照射領域ＬＡ２を形成する光線束Ｌ２は、平坦化フィルタ１８０を通過しているので、光照射領域ＬＡ２内では、図３（Ｃ）に示すように光の強度分布はほぼ均一となっている。

図４に示すように、光照射領域ＬＡ２は、液晶ライトバルブ３００Ｇの有効表示領域ＥＡを包含し、かつ、有効表示領域ＥＡにほぼ外接するような形状となっている。有効表示領域ＥＡのアスペクト比（Ｘ方向の長さ２・ＤｘとＹ方向の長さ２・Ｄｙ）が４：３である場合には、光照射領域Ｌ２の長軸および短軸の比もほぼ４：３となるように調整される。このように、ほぼ均一な強度分布を有する光照射領域ＬＡ２が液晶ライトバルブ３００Ｇの有効表示領域ＥＡよりもあまり大きくならないように形成される場合には、光源装置１２０Ｇから射出された光を液晶ライトバルブ３００Ｇにおいて有効に利用することができる。図２の２つのシリンドリカルレンズ１６０ａ，１６０ｂは、照明光学系１００Ｇから射出される照明光（光線束Ｌ２）によって形成される光照射領域ＬＡ２が、有効表示領域ＥＡに対して上記のような関係を有するように、光線束Ｌ１の形状を調整している。この説明からも分かるように、２つのシリンドリカルレンズ１６０ａ，１６０ｂ（図２）が、本発明における光線束調整部に相当する。

ところで、図３（Ｂ）において、フィルタの有効寸法Ｌｘ，Ｌｙの外側の領域における透過率は必ずしも０％にする必要はない。ただし、図３（Ｂ）のようにすれば、光照射領域ＬＡ２の外縁を明確に知ることができるので、照明光学系１００Ｇと液晶ライトバルブ３００Ｇとの位置合わせを容易に行うことができるという利点がある。

また、本実施例の平坦化フィルタ１８０は、略楕円形の有効フィルタ領域を有しているが、略矩形の有効フィルタ領域を有するようにしてもよい。図５は、平坦化フィルタが略矩形の有効フィルタ領域を有する場合に形成される光照射領域ＬＡ２’と液晶ライトバルブ３００Ｇとの関係を示す説明図である。なお、光照射領域ＬＡ２’内の光の強度分布は、ほぼ均一となっている。図５に示すように、平坦化フィルタが略矩形の有効フィルタ領域を有する場合には、光照射領域ＬＡ２’が、有効表示領域ＥＡより所定の幅Ｗだけ大きな形状を有するように、照明光の光線束が光線束調整部によって調整される。

なお、本実施例において設けられている２つのシリンドリカルレンズ１６０ａ，１６０ｂは、省略してもよい。このようにしても、焦点距離の比較的大きな平行化レンズを利用すれば、液晶ライトバルブ３００Ｇの光入射面において、有効表示領域ＥＡを照射するのに十分な大きさの光照射領域を形成することが可能である。

液晶ライトバルブ３００Ｇ（図２）は、与えられた画像情報（画像信号）に従って、入射した照明光を変調して画像光（画像を表す光）を形成する機能を有している。本実施例の液晶ライトバルブ３００Ｇは、本発明における電気光学装置に相当する液晶パネルと、その光入射面側および光射出面側に配置された偏光板とによって構成されている。液晶パネルの光入射面側に配置されている偏光板は、照明光の偏光度を高めるためのものである。なお、半導体レーザから射出された光は、通常、直線偏光光となっているので、液晶パネルの光入射面側に配置された偏光板は省略してもよい。

図１のクロスダイクロイックプリズム３２０は、３枚の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂを通って変調された３色の変調光線束を合成してカラー画像を形成する色光合成部としての機能を有する。クロスダイクロイックプリズム３２０には、赤色光反射ダイクロイック面３２１と、青色光反射ダイクロイック面３２２とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。赤色光反射ダイクロイック面３２１には、赤色光を反射する誘電体多層膜が形成されている。青色光反射ダイクロイック面３２２には、青色光を反射する誘電体多層膜が形成されている。これらの赤色光反射ダイクロイック面３２１と青色光反射ダイクロイック面３２２によって３つの色光が合成されて、カラー画像を表す合成光が生成される。

クロスダイクロイックプリズム３２０で生成された合成光は、投写レンズ３４０の方向に射出される。投写レンズ３４０は、クロスダイクロイックプリズム３２０から射出された合成光を投写して、スクリーンＳＣ上にカラー画像を表示する。なお、投写レンズ３４０としてはテレセントリックレンズを用いることができる。

ところで、光源装置１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂに半導体レーザを用いる場合には、光源装置からスクリーンＳＣまでに配置された光学部品によって、レーザ光が干渉し、スクリーンＳＣ上にスペックルパターンが表示されてしまう可能性がある。スペックルパターンは、レーザ光がレンズなどの光学部品の粗面を照射することによって生じる斑点状のパターンである。このスペックルパターンの発生を防止するため、本実施例では、光源装置１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂを図１に示すように振動させることとしている。こうすれば、スクリーンＳＣ上のスペックルパターンを目立たなくすることができる。

以上、説明したように、第１実施例の投写型表示装置においては、その照明光学系として、半導体レーザを含む光源装置を用いており、光源装置から射出される光の強度分布を平坦化するための平坦化フィルタを備えている。このような構成により、照明光学系を小型化することができ、この結果、投写型表示装置を小型化することが可能となる。

また、本実施例のように、光源装置として、半導体レーザを利用する場合には、高圧放電灯を利用する場合に比べ、光源装置の発熱を小さくすることができる。このため、高圧放電灯を利用する場合に必要であった冷却用のファンを省略することができる。また、冷却用のファンの省略により、投写型表示装置の動作を静かにすることが可能となる。

さらに、光源装置として、半導体レーザを利用する場合には、高圧放電灯を利用する場合に比べ、消費電力を小さくできるとともに、十分な明るさの画像を得られるという利点もある。

Ｂ．投写型表示装置の第２実施例：
図６は、本発明を適用した投写型表示装置の第２実施例を示す説明図である。この投写型表示装置では、図１の投写型表示装置の照明光学系１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂに代えて、照明光学系２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂが用いられており、他の部分については図１の投写型表示装置と同様である。したがって、本実施例においては、照明光学系２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂ以外の詳細な説明は省略する。なお、図６では、図１に示す装置と同じ部分には同じ符号が付されている。

図７は、図６の照明光学系２００Ｇを液晶ライトバルブ３００Ｇとともに示す説明図である。図７（Ａ）は、照明光学系２００Ｇを図６の＋Ｙ方向から見たときの平面図である。図７（Ｂ）は、照明光学系２００Ｇを図６の−Ｘ方向から見たときの平面図である。

図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、照明光学系２００Ｇは、光源装置２２０Ｇと、平行化レンズ２４０と、２つのシリンドリカルレンズ２６０ａ，２６０ｂと、略円錐形の透明体２８０とを備えている。本実施例の照明光学系２００Ｇでは、図２（Ａ），（Ｂ）に示す照明光学系１００Ｇの平坦化フィルタ１８０に代えて、略円錐形の透明体２８０が用いられている。照明光学系２００Ｇの光源装置２２０Ｇと、平行化レンズ２４０と、２つのシリンドリカルレンズ２６０ａ，２６０ｂとは、図２（Ａ），（Ｂ）に示す光源装置１２０Ｇと、平行化レンズ１４０と、２つのシリンドリカルレンズ１６０ａ，１６０ｂとほぼ同様の機能を有しているので、詳細な説明は省略する。ただし、図２（Ａ），（Ｂ）の照明光学系１００Ｇでは、２つのシリンドリカルレンズ１６０ａ，１６０ｂによって光線束Ｌ１の断面形状が略楕円形状に調整されているが、図７（Ａ），（Ｂ）の照明光学系２００Ｇでは、２つのシリンドリカルレンズ２６０ａ，２６０ｂによって光線束Ｌ１’の断面形状が略楕円形ではなく略円形となるように調整されている。これは、略円錐形の透明体２８０の外形に適した光を入射させるためである。

なお、図７（Ａ），（Ｂ）では、説明の便宜上、第２のシリンドリカルレンズ２６０ｂから射出された光線の軌跡を、軸２００Ｇａｘで区分して描いている。すなわち、軸２００Ｇａｘより上方の光線の軌跡は実線で示されており、軸２００Ｇａｘより下方の光線の軌跡は破線で示されている。軸２００Ｇａｘより上方の実線の光線は、透明体２８０を通過することによって、軸２００Ｇａｘの下方側に向かう。一方、軸２００Ｇａｘより下方の破線の光線は、透明体２８０を通過することによって、軸２００Ｇａｘの上方側に向かう。

図８は、透明体２８０を通過する前後の光線束の光の強度分布を示す説明図である。図８（Ａ）は、透明体２８０を通過する前の光線束Ｌ１’の光の強度Ｐの分布を示しており、図３（Ａ）と同様に、略ガウス分布状の強度分布を有している。図８（Ａ）の右側に示す実線の曲線は、図７（Ａ），（Ｂ）に示す実線の光線の強度分布を示しており、図８（Ｂ）の左側に示す破線の曲線は、図７（Ａ），（Ｂ）に示す破線の光線の強度分布を示している。

図８（Ｂ）は、透明体２８０を通過した後、液晶ライトバルブ３００Ｇに入射する直前の光線束Ｌ２’の強度Ｐの分布を示している。図８（Ａ），（Ｂ）から分かるように、図８（Ａ）の右側にあった実線の曲線は、図８（Ｂ）では左方向（−Ｘ方向）にシフトしており、図８（Ａ）の左側にあった破線の曲線は、図８（Ｂ）では右方向（＋Ｘ方向）にシフトしている。図８（Ｃ）は、図８（Ｂ）の光の強度分布を重ね合わせた光の強度Ｐの分布を示している。図８（Ａ），（Ｃ）から分かるように、透明体２８０を通過した後、液晶ライトバルブ３００Ｇに入射する光の強度分布は、かなり均一化されている。

本実施例においても、照明光学系２００Ｇから射出されたほぼ均一な光の強度分布を有する照明光（光線束Ｌ２’）は、液晶ライトバルブ３００Ｇの光入射面に光照射領域を形成する。ただし、本実施例の光照射領域は、略円形となっている。この場合にも、光照射領域は、図７の２つのシリンドリカルレンズ２６０ａ，２６０ｂによって、有効表示領域ＥＡを包含し、かつ、有効表示領域ＥＡにほぼ外接するように調整されている。

なお、図２（Ａ），（Ｂ）では、液晶ライトバルブ３００Ｇに入射する光は、略平行な光となっているが、本実施例では、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、液晶ライトバルブ３００Ｇに入射する光は、軸２００Ｇａｘに対して所定の傾きを有している。このため、本実施例においては、液晶ライトバルブ３００Ｇの液晶パネルの光入射面側に、各液晶セルに対応したレンズ群であるマイクロレンズアレイ（図示せず）が設けられていることが好ましい。このように、マイクロレンズアレイを設けることにより、所定の傾きで液晶ライトバルブ３００Ｇに入射した光を、液晶パネルの各液晶セルに確実に入射させることができる。

上記では、照明光学系２００Ｇと液晶ライトバルブ３００Ｇとの関係について説明したが、他の照明光学系２００Ｒ，２００Ｂと液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｂとの関係についても同じである。

ところで、略円錐状の透明体１８０は、一般に、その頂点の加工が困難である。このため、頂点付近に入射する光の強度分布を平坦化することが困難な場合がある。例えば、透明体の頂点付近が軸２００Ｇａｘとほぼ垂直な平面となるように加工されている場合には、半導体レーザ２００Ｇから射出されて軸２００Ｇａｘ上を進む光は、略円錐状の透明体２８０の頂点付近を通り、そのまま液晶ライトバルブ３００Ｇに到達することとなる。図８（Ａ）に示すように、半導体レーザ２２０Ｇから射出された光のうち、軸２００Ｇａｘ上を通る光は、最も強度が大きい。このような光が、そのまま液晶ライトバルブ３００Ｇに到達すると、スクリーン上に表示される画像の中心近傍のみがかなり明るくなってしまう。このような明暗のムラを低減するために、本実施例の透明体２８０では、その頂点近傍の形状を工夫している。

図９は、図７（Ａ），（Ｂ）に示す透明体２８０の先端部分を拡大して示す説明図である。この略円錐形の透明体２８０では、その頂点近傍が略球面状に加工されている。このように、透明体２８０の頂点近傍を略球面状とすることによって、軸２００Ｇａｘ近傍を通る強度の大きな光の一部を反射あるいは屈折させて、うまく拡散させることができる。この結果、軸２００Ｇａｘ近傍を通って透明体２８０から射出される光の強度を小さくすることができるので、スクリーン上に表示される画像の明暗のムラを低減することが可能となる。なお、透明体の先端部分は、前述のスペックルパターンが発生しないように、換言すれば、粗面とならないようにできるだけ滑らかに加工することが望ましい。

以上、説明したように、第２実施例の投写型表示装置においては、その照明光学系として、半導体レーザを含む光源装置を用いており、光源装置から射出される光の強度分布を平坦化するための略円錐形の透明体を備えている。このような構成により、照明光学系を小型化することができ、この結果、投写型表示装置を小型化することが可能となる。また、第１実施例の投写型表示装置と同様に、投写型表示装置の消費電力を小さくし、その動作を静かにすることが可能である。

なお、本発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（１）上記の第１、第２実施例（図２，図７）では、光線束調整部である２つのシリンドリカルレンズ１６０ａ，１６０ｂ（２６０ａ，２６０ｂ）は、平行化レンズ１４０（２４０）の光射出面側に設けられているが、光線束調整部は、平行化レンズの光入射面側に設けるようにしてもよい。ただし、平行化レンズの光入射面側に光線束調整部を設ける場合には、放射状に広がる光線束の断面形状を調整することになるため、収差（非点収差）が発生しやすい。そこで、上記の第１、第２実施例では、平行化レンズの光射出面側に２つのシリンドリカルレンズで構成された光線束調整部を設け、平行化レンズから射出された略平行な光線束Ｌ０の断面形状を調整することとしている。

（２）第１実施例（図１）では、透過型の投写型表示装置に本発明を適用した場合を例に説明しているが、本発明は反射型の投写型表示装置にも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、透過型液晶パネル等のように光変調手段としての電気光学装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型液晶パネルのように光変調手段としての電気光学装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型の投写型表示装置にこの発明を適用した場合にも、透過型の投写型表示装置とほぼ同様の効果を得ることができる。

（３）また、第１実施例（図１）では、電気光学装置として液晶パネルを用いた例を示しているが、これに限られない。電気光学装置としては、一般に、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置などを利用してもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（米国テキサスインスツルメンツ社の商標）を用いることができる。

（４）第１および第２実施例（図１，図６）においては、カラー画像を表示する投写型表示装置を例に説明しているが、モノクロ画像を表示する投写型表示装置に本発明の照明光学系を適用することも可能である。この場合にも、上記投写型表示装置と同様の効果を得ることができる。

本発明を適用した投写型表示装置の第１実施例を示す説明図である。 図１の照明光学系１００Ｇを液晶ライトバルブ３００Ｇとともに示す説明図である。 平坦化フィルタ１８０の機能を示す説明図である。 照明光学系１００Ｇから射出された光線束Ｌ２の断面形状と液晶ライトバルブ３００Ｇとの関係を示す説明図である。 平坦化フィルタが略矩形の有効フィルタ領域を有する場合に形成される光照射領域ＬＡ２’と液晶ライトバルブ３００Ｇとの関係を示す説明図である。 本発明を適用した投写型表示装置の第２実施例を示す説明図である。 図６の照明光学系２００Ｇを液晶ライトバルブ３００Ｇとともに示す説明図である。 透明体２８０を通過する前後の光線束の光の強度分布を示す説明図である。 図７（Ａ），（Ｂ）に示す透明体２８０の先端部分を拡大して示す説明図である。

符号の説明

１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ…照明光学系
１００Ｇａｘ…軸
１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂ…光源装置
１４０…平行化レンズ
１６０ａ，１６０ｂ…シリンドリカルレンズ
１８０…平坦化フィルタ
２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂ…照明光学系
２００Ｇａｘ…軸
２２０Ｇ…光源装置
２４０…平行化レンズ
２６０ａ，２６０ｂ…シリンドリカルレンズ
２８０…透明体
３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…液晶ライトバルブ
３２０…クロスダイクロイックプリズム
３２１…赤色光反射ダイクロイック面
３２２…青色光反射ダイクロイック面
３４０…投写レンズ
ＳＣ…スクリーン

Claims (5)

1. 投写型表示装置であって、
   照明光を射出する照明光学系と、
   前記照明光を画像情報に応じて変調して変調光線束を生成する電気光学装置と、
   前記変調光線束を投写する投写光学系と、
   を備え、
   前記照明光学系は、
   半導体レーザを含む光源装置と、
   前記光源装置から射出された光を略平行な光線束とするための平行化レンズと、
   前記平行化レンズを通過した前記光線束の光の強度分布を平坦化するための略円錐形の透明体と、
   を備えることを特徴とする投写型表示装置。
2. カラー画像を投写表示するための投写型表示装置であって、
   赤，緑，青のそれぞれの色を有する照明光を射出する３つの照明光学系と、
   前記３つの照明光学系のそれぞれから射出される前記照明光を画像情報に応じて変調して変調光線束を生成する３つの電気光学装置と、
   前記３つの電気光学装置のそれぞれで得られる赤，緑，青の３つの色を有する前記変調光線束を合成する色合成部と、
   前記色合成部から射出される合成光を投写する投写光学系と、
   を備え、
   前記３つの照明光学系のそれぞれは、
   赤，緑，青のいずれかの色を有する光を射出する半導体レーザを含む光源装置と、
   前記光源装置から射出された光を略平行な光線束とするための平行化レンズと、
   前記平行化レンズを通過した前記光線束の光の強度分布を平坦化するための略円錐形の透明体と、
   を備えることを特徴とする投写型表示装置。
3. 請求項１または２記載の投写型表示装置であって、
   前記略円錐形の透明体は、その頂点付近において略球面状の形状を有している、投写型表示装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の投写型表示装置であって、
   前記電気光学装置は、前記照明光が入射する光入射面と、前記光入射面内において前記照明光の変調を実行するための変調領域と、を含んでおり、
   前記照明光学系は、さらに、
   前記光入射面上において、前記照明光によって照射される光照射領域が、前記変調領域を包含し、かつ、前記変調領域にほぼ外接するような形状を有するように前記照明光の光線束を調整する光線束調整部を備える、投写型表示装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の投写型表示装置であって、
   前記電気光学装置は、前記照明光が入射する光入射面と、前記光入射面内において前記照明光の変調を実行するための変調領域と、を含んでおり、
   前記照明光学系は、さらに、
   前記光入射面上において、前記照明光によって照射される光照射領域が、前記変調領域より所定の幅だけ大きな形状を有するように前記照明光の光線束を調整する光線束調整部を備える、投写型表示装置。

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