JP2007286516A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投射レンズの入射瞳における、ＤＭＤのオン状態の反射光の有効領域に良好に光を集めることが可能であり、光の利用効率が高く、投射レンズから出射する光の照度が高い投射型画像表示装置を提供する。
【解決手段】投射型画像表示装置１は、ランプ２と、カラーホイール３と、集光レンズ５，６，１０，１１と、フライアイレンズ７，８と、ミラーアレイ９と、ＤＭＤ１３と、投射レンズ１４とを備える。ミラーアレイ９は、一平面の一辺の両端部側から中央部奥側に向かって傾斜した状態で、他辺の延在方向に延びるミラー部９１，９２，９３，９４，９５，９６を内設する。フライアイレンズ８を出射した外側の光線は、ミラー部９１（９６）により反射され、内側に平行移動した状態で、ミラーアレイ９を出射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＭＤのオン状態の反射光が投射レンズの入射瞳における有効領域に良好に集光され、光の利用効率が良好である投射型画像表示装置に関する。

従来、フロントプロジェクション方式として光源により生成した画像に係る変調光をスクリーンに投射してスクリーン上に画像表示を行うプロジェクタ（投射型画像表示装置）が存在する。また、このような投射型画像表示装置の構成は、リアプロジェクションテレビに代表されるリアプロジェクション方式にも適用されている。
投射型画像表示装置は光源としてランプを用いるものと、レーザ及びダイオード等の発光素子を用いるものとがあり、一方、投射対象の元画像を生成する空間光変調素子（ライトバルブ）の種類で区別した場合、ＤＭＤ（Digital Mirror Device：登録商標）に代表されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いるものと、液晶表示パネルを用いたものとに分かれる。

図２１は、光源にランプを用いると共に空間光変調素子にＤＭＤを用いた従来の投射型画像表示装置（DLP方式：Digital Light Projector：登録商標）４１の構成を示す概略図である。
投射型画像表示装置４１は、光源のランプ４２に対向するようにカラーホイール４３を配置し、ランプ４２から出射した光の進行方向においてカラーホイール４３より下流となる側に集光レンズ４５，４６、フライアイレンズ４７，４８、集光レンズ４９，５０及び反射ミラー５１を配置し、反射ミラー５１で光をＤＭＤ５２へ向くように反射させ、ＤＭＤ５２で生成された画像の変調光を投射レンズ５３から投射する。

ランプ４２は、ＨＩＤ（High Intensity Discharge Lamps）ランプで総称される放電ランプであり、ランプ４２の中央に設けられた発光管４２ａから出射した光は、ガラス基材からなり、楕円面により形成されたリフレクタ（反射鏡）４２ｂで反射して、カラーホイール４３へ向かう。

カラーホイール４３は、少なくとも赤（以下、Ｒと称す）色,緑色（以下、Ｇと称す）,及び青色（以下、Ｂと称す）の光を透過させるダイクロイック膜が形成された３つのセグメントに分割されている。

カラーホイール４３を出射した光は、カラーホイール４３の出射側に配置された集光レンズ４５，４６により一旦略平行光にされた後、フライアイレンズ４７，４８へ入射する。フライアイレンズ４７，４８は、矩形の単レンズが縦横に配列されており、下流側に配置される集光レンズ４９，５０と共に機能することにより、ＤＭＤ５２の面上において、照度が均一化される。

次に、投射型画像表示装置４１の投射制御を説明すると、図示しない制御部はＤＭＤ５２の同期信号によりカラーホイール４３の位相回転制御を行い、この制御により、例えば、ＤＭＤ５２へＲ色画像データが入力されている時間帯にランプ４２の出射光線がカラーホイール４３のＲ色セグメントを通過するようにカラーホイール４３の回転が行われる。

そのため、ランプ４２の出射光はカラーホイール４３を通過することで、順にＲ色、Ｇ色、及びＢ色の光となり、それと同期してＤＭＤ５２も順にＲ、Ｇ、Ｂ用の画像を形成するので、Ｒ、Ｇ、Ｂ光がＤＭＤ５２に入出射されることにより順にＲ、Ｇ、Ｂ色に着色した画像が生成される。このＲ、Ｇ、Ｂ画像が投射レンズ５３からスクリーン（図示せず）へ拡大投射される。このスクリーン上に表示されたＲ、Ｇ、Ｂ画像は、各々が１８０Ｈｚ以上の人間の色分解能以上の速さで切り替えられるため、錯覚的にカラー画像として視認される。

図２２は、ＤＭＤ５２のマイクロミラーを示す模式図である。
ＤＭＤ５２は、入射光を受ける受光面である半導体基板の平面に、表示画像の画素数に対応する数のマイクロミラーが配列されて構成されている。マイクロミラーは、受光面の長辺及び短辺に対し４５°傾斜した回動軸の周りに回動する。
画像情報によりオンとされた場合、マイクロミラーは例えば＋１２°傾き、ＤＭＤ５２に入射した照明光は、図中の矢印のようにマイクロミラーで反射する。
画像情報によりオフとされた場合、マイクロミラーは例えば−１２°傾き、ＤＭＤ５２に入射した照明光は、図中の矢印のようにマイクロミラーで反射する。

図２３は、投射レンズ５３の入射瞳における、ＤＭＤ５２のオン状態の反射光の有効領域を示す模式図である。
図中、投射レンズ５３の入射瞳は、ＤＭＤ５２側から見た入射瞳を示す。斜線で示した領域が、ＤＭＤ５２のオン状態における反射光の有効領域である。このように、ＤＭＤ５２の偏光角度で規定される同方向のＮＡに対し、投射レンズ５３のＮＡが大きい場合、斜線で示した領域が入射瞳の有効領域となる。

図２４は、フライアイレンズ４７を示す正面図である。
図２４に示すように、フライアイレンズ４７の基板４７ａには、ランプ４２側に凸である単レンズ４７ｂ，４７ｂ，…が縦横に配列されている。図中、「×」は、単レンズ４７ｂ，４７ｂ，…の頂点を示す。上述したように、ＤＭＤ５２のマイクロミラーは、受光面の一辺に対して４５°傾斜した回動軸周りに回動するように構成されており、フライアイレンズ４７の単レンズ４７ｂ，４７ｂ，…の中心を斜め方向に結ぶ直線は、フライアイレンズ４７の基板４７ａの短辺及び長辺に対し４５°傾斜している。フライアイレンズ４８もフライアイレンズ４７と同一の構成を有しており、フライアイレンズ４７と４８とは、それぞれ中心を光軸に一致させ、光軸に直交させて配置されている。
フライアイレンズ４７，４８を光が通過することにより、単レンズ４７ｂ，４７ｂ，…の数（フライアイレンズ４８の単レンズの数）だけ二次光源像が生じる。

図２５は、投射型画像表示装置４１の投射レンズ５３の入射瞳における二次光源像Ｆ，Ｆ…を示す模式図である。図２５に示されるように、各二次光源像Ｆは、フライアイレンズ４７，４８の単レンズに対応して結像しており、図２３で説明した有効領域から外れて結像する領域は無効領域となっている。このように、照明に寄与しない無効領域に多数の二次光源像Ｆが結像しているので、投射型画像表示装置４１は光の利用効率が悪いという問題がある。

特許文献１には、一の光源が発した光を反射鏡により反射し、プリズムを透過させた後、フライアイレンズに入射させ、他の光源が発した光を反射鏡により反射し、凸レンズ及び凹レンズを透過させた後、反射ミラーで反射してフライアイレンズに入射させるものであって、各光源からの光を同心円状に分けてフライアイレンズに入射させるようにし、フライアイレンズの入光領域において均一な照度を容易に得ることを図った投射型画像表示装置の発明が開示されている。

特許文献２には、光源と、２枚のフライアイレンズと、集光光学系と、ＤＭＤとを備え、２枚のフライアイレンズとＤＭＤとが略平行になるように配置した投射型画像表示装置の発明が開示されている。

特許文献３に開示されたフライアイレンズは、集光した光を光学系を通じてＤＭＤの矩形の受光面に照射すべく、複数の矩形の単レンズを備えている。前記受光面の一辺に対して略４５°の方位角を有して受光面に光を入射させる必要から、各単位レンズの一辺は、単レンズを配置し得る領域として光学系により定まる正方形の有効領域の一辺に対して４５°傾斜している。

特許文献４に開示された投射型画像表示装置は、投射レンズの光軸と同軸で投射レンズの一部を構成し、正の焦点距離を有するフィールドレンズをＤＭＤの前側に配し、かつ、フィールドレンズを通過する前の照明光の光軸がフィールドレンズによる屈折後に、所定角度でＤＭＤの略中央に入射するように、フィールドレンズと照明光学系の配置を規定する。
特開２０００−３２１５２９号公報 特開２００４−２９３２５号公報 特開２００５−２９２２９３号公報 国際公開第００／７３８２２号パンフレット

図２１の投射型画像表示装置４１は、上述したように投射レンズの入射瞳の無効領域に二次光源像が多数結像しており、光の利用効率が悪いという問題が生じていた。そして、特許文献１乃至４に係る投射型画像表示装置においても、この問題は解決されていない。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、内設した反射部により、フライアイレンズの端部側を通過した光線を中央部側に反射させ、内側の反射部によりさらに反射させ、光線を平行移動させた状態で出射させる光収束手段を備えることにより、投射レンズの入射瞳における、ＤＭＤのオン状態の反射光の有効領域に良好に光を集めることが可能であり、光の利用効率が高く、投射レンズから出射する光の照度が高い投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、光収束手段がミラー部を備え、ミラー部の少なくとも一部に反射部を有することにより、より確実に光が中央部側に反射され、光の利用効率が良好になるとともに、ミラー部の必要な部分にのみ反射部を設けることで、各二次光源像の位置的な干渉を避けることが出来る投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

そして、本発明は、光収束手段がスリット部を備え、スリット部の一部に接着剤を充填することにより、接着剤が充填されていない部分が反射部とされ、容易に反射部が形成され、光収束手段が安価に製造される投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る投射型画像表示装置は、発光体と、該発光体から出射した光が入射し、単レンズが縦横に配列されて集光スポットを配列するフライアイレンズと、該フライアイレンズから出射した光を集めて出射する集光レンズと、該集光レンズから出射した光を、画像情報に基づきオン状態とオフ状態とに切り替えて反射させるマイクロミラーを有するＤＭＤと、該ＤＭＤが反射した光を被投射体へ投射する投射レンズとを備える投射型画像表示装置において、隣り合う、前記フライアイレンズと前記集光レンズとの間に、光透過性材料からなり、内設した反射部により、前記フライアイレンズの端部側を通る光線を中央部側に反射させ、内側の反射部によりさらに反射させ、前記光線を平行移動させた状態で出射させる光収束手段を備えることを特徴とする。

本発明においては、フライアイレンズの端部側を通る光線を光収束手段の反射部により中央部側に反射させ、該光線を平行移動させた状態で出射させるので、投射レンズの入射瞳における、ＤＭＤの反射光有効領域内に多数の二次光源像を結像させ、良好に集光することが出来る。従って、光の利用効率が良好であり、投射レンズから出射する光の照度が良好である。

本発明に係る投射型画像表示装置は、前記光収束手段は、略矩形板状であり、一平面の一辺の両端部側から中央部奥側に向かって傾斜した状態で、他辺の延在方向に延びるミラー部が複数並設され、該ミラー部の少なくとも一部に前記反射部が設けられ、前記平面を前記フライアイレンズ側に向け、光軸に直交させた状態で、前記フライアイレンズと前記集光レンズとの間に配置されていることを特徴とする。

本発明においては、より確実に光が中央部側に反射され、光が入射瞳における反射光有効領域内に良好に集光され、光の利用効率が良好になる。
また、ミラー部の必要な部分にのみ反射部を設けることで、各二次光源像の位置的な干渉を避け、光の利用効率を向上させることが可能になる。

本発明に係る投射型画像表示装置は、前記反射部は、前記ミラー部にアルミニウム又は誘電体多層膜がコーティングされてなることを特徴とする。

本発明においては、容易に反射部が形成され、該反射部により、光が良好に反射される。

本発明に係る投射型画像表示装置は、前記光収束手段は、略矩形板状であり、一平面の一辺の両端部側から中央部奥側に向かって傾斜した状態で他辺の延在方向に延びるスリット部が複数並設され、該スリット部の一部に接着剤が充填され、該接着剤が充填されていない部分が前記反射部とされ、前記平面を前記フライアイレンズ側に向け、光軸に直交させた状態で、前記フライアイレンズと前記集光レンズとの間に配置されていることを特徴とする。

本発明においては、容易に反射部が形成され、光収束手段が安価に製造される。そして、スリット部の必要な部分にのみ反射部を設けるので、各二次光源像の位置的な干渉を避け、光の利用効率を向上させることが可能になる。

本発明に係る投射型画像表示装置は、前記ＤＭＤのマイクロミラーが、該ＤＭＤの受光面の一辺に対して所定角度傾斜した回動軸周りに回動するように構成されている場合、前記光収束手段が光軸周りに前記所定角度回転させて配置されていることを特徴とする。

本発明においては、光収束手段により、光線がＤＭＤのマイクロミラーの偏向方向に平行で、内向きの方向に移動されて出射されるので、二次光源像が、投射レンズの入射瞳における反射光有効領域内に平行移動し、反射光有効領域内に良好に集光する。

本発明に係る投射型画像表示装置は、前記反射部を光軸方向に複数列備えることを特徴とする。

本発明においては、フライアイレンズの単レンズの数が多い場合に、反射光有効領域内に効率良く集光することが出来る。

本発明に係る投射型画像表示装置は、前記フライアイレンズを複数備え、前記光源側の前記フライアイレンズは、前記単レンズの頂点が該単レンズの中心から偏芯していることを特徴とする。

本発明においては、各二次光源像の位置的な干渉を避け、二次光源像が大きくなって反射光有効領域を外れるのを抑制することが可能である。

本発明の投射型画像表示装置によれば、フライアイレンズの端部側を通過した光線を光収束手段の反射部により中央部側に反射させ、該光線を平行移動させた状態で出射させるので、投射レンズの入射瞳における、ＤＭＤのオン状態の反射光有効領域に良好に光を収束させることが出来る。従って、光の利用効率が良好であり、投射レンズから出射する光の照度が良好である。

本発明の投射型画像表示装置によれば、光収束手段がミラー部を備え、ミラー部の少なくとも一部に反射部を有するので、より確実に光が中央部側に反射され、光の利用効率が良好になる。
そして、ミラー部の必要な部分にのみ反射部を設けることで、投射レンズの入射瞳における各二次光源像の位置的な干渉を避けることが出来る。

本発明の投射型画像表示装置によれば、光収束手段がスリット部を備え、スリット部の一部に接着剤が充填され、接着剤が充填されていない部分が反射部とされるので、容易に反射部が形成され、光収束手段が安価に製造されるとともに、各二次光源像の位置的な干渉を避けることが出来る。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る投射型画像表示装置１の構成を示す概略図であり、図２は、投射型画像表示装置１の一部を示す斜視図である。

投射型画像表示装置１は、光源のランプ２に対向するようにカラーホイール３を配置し、ランプ２から出射した光の進行方向においてカラーホイール３より下流となる側に集光レンズ５，６、フライアイレンズ７，８、光収束手段としてのミラーアレイ９、集光レンズ１０，１１及び反射ミラー１２を配置し、反射ミラー１２で光をＤＭＤ１３へ向くように反射させ、ＤＭＤ１３で生成された画像の変調光を投射レンズ１４から投射する。

ランプ２は、ＨＩＤランプで総称される放電ランプであり、ランプ２の中央に設けられた発光管２ａから出射した光は、ガラス基材からなり、楕円面により形成されたリフレクタ（反射鏡）２ｂで反射して、カラーホイール３へ向かう。

カラーホイール３は、Ｒ色，Ｇ色及びＢ色の光を透過させるダイクロイック膜が形成された３つのセグメントに分割されている。

カラーホイール３を出射した光は、集光レンズ５，６により略平行光にされ、フライアイレンズ７に入射する。
図３は、フライアイレンズ７を示す正面図である。
図３に示すように、フライアイレンズ７の基板７１には、ランプ２側に凸である単レンズ７２，７２，…が縦横に配列されている。図中、「×」は、単レンズ７２，７２，…の中心を示す。単レンズ７２の中心とレンズ頂点との基板７１上の位置は一致する。ＤＭＤ１３のマイクロミラーは、受光面の一辺に対して４５°傾斜した回動軸周りに回動するように構成されている。フライアイレンズ７の単レンズ７２，７２，…の中心を斜め方向に結ぶ直線は、フライアイレンズ７の基板７１の短辺及び長辺に対し４５°傾斜しており、マイクロミラーの回動軸の方向と一致している。前記直線間の距離をＰとする。フライアイレンズ８もフライアイレンズ７と同一の構成を有しており、フライアイレンズ７と８とは、それぞれ中心を光軸に一致させ、光軸に垂直に配置されている。
フライアイレンズ７，８を光が通過することにより、単レンズ７２，７２，…の数（フライアイレンズ８の単レンズの数）だけ二次光源像が生じる。

ミラーアレイ９は、ガラス製の矩形板状である。ミラーアレイ９は、平面の正面視の一辺の端部側から中央部奥側に向かって傾斜した状態で、他辺の延在方向に延びるミラー部９１，９２，９３，９４，９５，９６を有する。ミラー部９１，９２，９３，９４，９５，９６の内側の面にはアルミニウムがコーティングされている。外側のミラー部９１（９６）とこれより内側のミラー部９２（９５）との間隔は前記Ｐに相当し、ミラー部９２（９５）とさらに内側のミラー部９３（９４）との間隔はＰの略１／２である。
なお、ミラー部９１，９２，９３，９４，９５，９６には、増反射アルミニウムコーティング、誘電体多層膜コーティング等により反射面を形成することにしてもよい。
図２に示すように、ミラーアレイ９は、平面の長辺（短辺）がフライアイレンズ８の長辺（短辺）に平行である状態から光軸周りに４５°回転させた状態で配置されている。

ミラーアレイ９の幅方向端部側に入射した光線は、ミラー部９１（９６）で反射され、反射した光線は、さらにミラー部９２（９５）の外側の面で反射してミラーアレイ９を出射する。また、より内側に入射した光線は、ミラー部９２（９５）で反射され、反射した光線は、さらにミラー部９３（９４）の外側の面で反射してミラーアレイ９を出射する。以上のように、フライアイレンズ７，８の端部側を通過した光線はミラーアレイ９により中央部側に反射され、平行移動した状態で出射される。

ミラーアレイ９を出射した光は、集光レンズ１０，１１により集光され、反射ミラー１２で反射されて、ＤＭＤ１３へ向かう。
図示しない制御部はＤＭＤ１３の同期信号によりカラーホイール３の位相回転制御を行い、例えばＤＭＤ１３へＲ色画像データが入力されている時間帯にランプ２の出射光線がカラーホイール３のＲ色セグメントを通過するように、カラーホイール３を回転させる。
ランプ２の出射光はカラーホイール３を通過することで、順にＲ色、Ｇ色、及びＢ色の光となり、それと同期してＤＭＤ１３も順にＲ、Ｇ、Ｂ用の画像を形成するので、Ｒ、Ｇ、Ｂ光がＤＭＤ１３に入出射されることにより順にＲ、Ｇ、Ｂ色に着色した画像が生成される。このＲ、Ｇ、Ｂ画像が投射レンズ１４からスクリーン（図示せず）へ拡大投射される。このスクリーン上に表示されたＲ、Ｇ、Ｂ画像は、各々が１８０Ｈｚ以上の人間の色分解能以上の速さで切り替えられるため、錯覚的にカラー画像として視認される。

図４は、投射型画像表示装置１の投射レンズ１４の入射瞳における二次光源像Ｆ，Ｆ…を示す模式図である。各二次光源像Ｆは、フライアイレンズ７，８の各単位レンズ７２等により結像されている。
本実施の形態においては、上述したように、ミラーアレイ９によりフライアイレンズ７，８の端部側を通る光線が内側に平行移動され、光線が収束されているので、図２５に示した場合と異なり、二次光源像Ｆ，Ｆ…がＤＭＤ１３の反射光の無効領域内に結像することがなく、有効領域内に全て結像していることが分かる。
従って、本実施の形態においては、従来と比較して光の利用効率が向上し、投射光の照度が高い。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る投射型画像表示装置２０の一部を示す斜視図である。図中、図２と同一部分は同一符号を付してある。
この投射型画像表示装置２０においては、光源２側から順にフライアイレンズ１７，１８及びミラーアレイ１９が、それぞれ中心を光軸に一致させ、互いに長辺（短辺）が平行である状態で配置されている。この投射型画像表示装置２０においては、ＤＭＤのマイクロミラーの回動軸は、受光面の短辺（長辺）に対して傾斜しておらず、ミラーアレイ１９をＤＭＤのマイクロミラーの回動軸の傾斜角度だけ光軸周りに回転させる必要がない。

図６は、フライアイレンズ１７を示す正面図である。
図６に示すように、フライアイレンズ１７の基板１７ａには、ランプ２側に凸である単レンズ１７ｂ，１７ｂ，…が縦横に配列されている。図中、「×」は、単レンズ１７ｂ，１７ｂ，…の中心を示す。ＤＭＤのマイクロミラーは、受光面の短辺に平行である回動軸周りに回動するように構成されており、フライアイレンズ１７の単レンズ１７ｂ，１７ｂ，…の中心を縦方向に結ぶ直線は、回動軸に平行である。前記直線間の距離をＰとする。単レンズ１７ｂの中心とレンズ頂点との基板１７ａ上の位置は一致している。
フライアイレンズ１８もフライアイレンズ１７と同一の構成を有しており、フライアイレンズ１７と１８とは、それぞれ中心を光軸に一致させ、光軸に垂直に配置されている。
フライアイレンズ１７，１８を光が通過することにより、単レンズ１７ｂ，１７ｂ，…の数（フライアイレンズ１８の単レンズの数）だけ二次光源像が生じる。

ミラーアレイ１９は、ガラス製の矩形板状である。ミラーアレイ１９は、平面の幅方向の端部側から中央部奥側に向かって傾斜した状態で、短辺の延在方向に延びるミラー部１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ，１９ｆを有する。ミラー部１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ，１９ｆの内側の面にはアルミニウムがコーティングされている。外側のミラー部１９ａ（１９ｆ）と内側のミラー部１９ｂ（１９ｅ）との間隔は前記Ｐに相当する。

ミラーアレイ１９の幅方向端部側に入射した光線は、ミラー部１９ａ（１９ｆ）で内側に反射され、反射した光線は、さらにミラー部１９ｂ（１９ｅ）の外側の面で反射してミラーアレイ１９を出射する。また、ミラーアレイ１９のより内側に入射した光線は、ミラー部１９ｂ（１９ｅ）で内側に反射され、反射した光線は、さらにミラー部１９ｃ（１９ｄ）の外側の面で反射してミラーアレイ１９を出射する。以上のように、フライアイレンズ１７，１８の幅方向端部側を通過した光線はミラーアレイ１９により中央部側に反射され、平行移動した状態で出射される。
投射型画像表示装置２０は、投射型画像表示装置１のフライアイレンズ７，８をフライアイレンズ１７，１８に変え、ミラーアレイ９をミラーアレイ１９に変え、ＤＭＤ１３のマイクロミラーの回動軸が傾斜していないこと以外は、投射型画像表示装置１と同一の構成を有する。

図７は、投射型画像表示装置２０の投射レンズ１４の入射瞳における二次光源像Ｆ，Ｆ…を示す模式図である。各二次光源像Ｆは、フライアイレンズ１７，１８の各単位レンズ１７ｂ等により結像されている。

図８は、ミラーアレイ１９を配置しないこと以外は投射型画像表示装置２０と同一の構成にした場合の、投射レンズ１４の入射瞳における二次光源像Ｆ，Ｆ…を示す模式図である。

図７及び図８より、投射型画像表示装置２０においては、上述したように、ミラーアレイ１９によりフライアイレンズ１７，１８の幅方向端部側を通る光線が内側に平行移動され、光線が収束されているので、二次光源像Ｆ、Ｆ…がＤＭＤのオン状態の反射光有効領域内に良好に結像していることが分かる。
従って、本実施の形態においては、従来と比較して光の利用効率が向上し、投射光の照度が高い。

実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係る投射型画像表示装置２１の構成を示す概略図である。図中、図１と同一部分は同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
投射型画像表示装置２１は、ＤＭＤを３枚有する３板式の投射型画像表示装置であり、光の分離系及び合成系として、ＴＩＲプリズム１５及びフィリップスプリズム１６を備え、Ｒ光用，Ｇ光用，Ｂ光用のＤＭＤ１３Ｒ，ＤＭＤ１３Ｇ，ＤＭＤ１３Ｂを備える。

ＴＩＲプリズム１５は、平面視が略直角三角形である第１プリズム１５ａと、平面視が鋭角三角形である第２プリズム１５ｂと、全反射面１５ｃとを備える。
集光レンズ１１を出射し、第１プリズム１５ａに入射した光は、全反射面１５ｃで全反射して、第１プリズム１５ａを出射する。

フィリップスプリズム１６は、平面視が三角形状である第１プリズム１６ａ，第２プリズム１６ｅと、平面視が台形状である第３プリズム１６ｉとを備える。
第１プリズム１６ａは、第１プリズム１５ａを出射した光が入射する第１面１６ｂと、Ｂ光を反射させ、Ｒ光及びＧ光を透過させる第１ダイクロイック膜（誘電体多層膜）が形成された第２面１６ｃと、Ｂ光が出射し、ＤＭＤ１３Ｂで反射して再度入射する第３面１６ｄとを備える。ダイクロイック膜は、屈折率がそれぞれ異なる誘電体の多層膜からなり、２以上の波長域の光を分離するものである。
第２プリズム１６ｅは、第２面１６ｃに対向し、Ｒ光及びＧ光が入射する第４面１６ｆと、Ｒ光を反射させ、Ｇ光を透過させる第２ダイクロイック膜（誘電体多層膜）が形成された第５面１６ｇと、Ｒ光が出射し、ＤＭＤ１３Ｒで反射して再度入射する第６面１６ｈとを備える。
第３プリズム１６ｉは、第５面１６ｇと対向し、Ｇ光が入射する第７面１６ｊと、Ｇ光が出射し、ＤＭＤ１３Ｇで反射して再度入射する第８面１６ｋとを備える。
なお、第１ダイクロイック膜が形成される面は、第２面１６ｃに限定されるものではなく、第４面１６ｆに設けてもよく、第２ダイクロイック膜が形成される面は、第５面１６ｇに限定されるものではなく、第７面１６ｊに設けてもよい。

ＴＩＲプリズム１５の第１プリズム１５ａを出射し、フィリップスプリズム１６の第１プリズム１６ａに入射した光のうちＧ光成分は、第２面１６ｃの第１ダイクロイック膜を透過して、第２プリズム１６ｅの第４面１６ｆに入射し、第５面１６ｇの第２ダイクロイック膜を透過して第３プリズム１６ｉの第７面１６ｊに入射し、第８面１６ｋを出射してＤＭＤ１３Ｇに入射する。
ＤＭＤ１３Ｇでオン状態で反射されたＧ光は、第３プリズム１６ｉの第８面１６ｋに、主光線が垂直となる状態で入射し、第７面１６ｊを出射して第５面１６ｇの第２ダイクロイック膜を透過し、第４面１６ｆを出射して第２面１６ｃの第１ダイクロイック膜を透過し、第１面１６ｂから主光線が垂直となる状態で出射する。

ＴＩＲプリズム１５の第１プリズム１５ａを出射し、フィリップスプリズム１６の第１プリズム１６ａに入射した光のうちＢ光成分は、第２面１６ｃの第１ダイクロイック膜で反射し、第１面１６ｂで全反射して、第３面１６ｄを出射してＤＭＤ１３Ｂに入射する。
ＤＭＤ１３Ｂでオン状態で反射されたＢ光は、第３面１６ｄに、主光線が垂直となる状態で入射し、第１面１６ｂで全反射し、さらに第２面の第１ダイクロイック膜で反射し、光路が上述のＧ光の光路に一致した状態で、第１面１６ｂを出射する。

ＴＩＲプリズム１５の第１プリズム１５ａを出射し、フィリップスプリズム１６の第１プリズム１６ａに入射した光のうちＲ光成分は、第２面１６ｃの第１ダイクロイック膜を透過して、第２プリズム１６ｅの第４面１６ｆに入射し、第５面１６ｇの第２ダイクロイック膜で反射し、さらに第４面１６ｆで全反射して、第６面１６ｈを出射し、ＤＭＤ１３Ｒに入射する。
ＤＭＤ１３Ｒでオン状態で反射されたＲ光は、第６面１６ｈに主光線が垂直となる状態で入射し、第４面１６ｆで全反射して第５面１６ｇの第２ダイクロイック膜で反射し、第４面１６ｆを出射して第２面１６ｃの第１ダイクロイック膜を透過し、光路が上述のＧ光の光路に一致した状態で、第１面１６ｂを出射する。

フィリップスプリズム１６を出射した光は、ＴＩＲプリズム１５の第１プリズム１５ａに入射し、第２プリズム１５ｂから出射して、投射レンズ１４に入射し、ＤＭＤ１３Ｒ，１３Ｇ及び１３Ｂで形成された画像がスクリーン（図示せず）へ拡大投射される。

本実施の形態においては、実施の形態１及び２と同様に、ミラーアレイ９によりフライアイレンズ７，８の端部側を通る光線が内側に平行移動し、光線が収束されているので、投射レンズ１４の入射瞳において、ＤＭＤ１３Ｒ，１３Ｇ及び１３Ｂのオン状態の反射光が有効領域内に集光し、光の利用効率が向上し、投射光の照度が高い。

実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４に係る投射型画像表示装置２６のフライアイレンズ２７，２８、及びミラーアレイ２９を示す概略平面図であり、図１１はミラーアレイ２９を示す背面側の斜視図である。
ミラーアレイ２９は、３枚のガラス板を厚み方向に連設してなる。ミラーアレイ２９は、平面の正面視の一辺の端部側から中央部側に向かって傾斜した状態で、他辺の延在方向に延び、フライアイレンズ２８側の中央側に設けられたミラー部２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，２９ｅ，２９ｆと、厚み方向の中央部に設けられ、ミラー部２９ａ，２９ｆに連なるミラー部２９ｈ，２９ｉと、ミラー部２９ｈ，２９ｉより外側に設けられたミラー部２９ｇ，２９ｊと、集光レンズ側に設けられ、ミラー部２９ｇ，２９ｊより外側に設けられたミラー部２９ｋ，２９ｐと、ミラー部２９ｇ，２９ｈ間、２９ｉ，２９ｊ間に設けられたミラー部２９ｍ，２９ｎとを有する。

フライアイレンズ２７，２８を通り、ミラー部２９ａ（２９ｆ）側に入射した光線はミラー部２９ａ（２９ｆ）で内側に反射し、さらにミラー部２９ｂ（２９ｅ）で反射してミラーアレイ２９を出射する。ミラー部２９ｂ（２９ｅ）側に入射した光線は、ミラー部２９ｂ（２９ｅ）で内側に反射し、さらにミラー部２９ｃ（２９ｄ）で反射してミラーアレイ２９を出射する。
ミラー部２９ｇ（２９ｊ）側に入射した光線は内側に反射し、さらにミラー部２９ｈ（２９ｉ）で反射してミラーアレイ２９を出射する。
ミラー部２９ｋ（２９ｐ）側に入射した光線は内側に反射し、さらにミラー部２９ｍ（２９ｎ）で反射してミラーアレイ２９を出射する。

図１２は、フライアイレンズ２７を示す正面図である。
図１２に示すように、フライアイレンズ２７の基板２７ａには、ランプ側に凸である単レンズ２７ｂ，２７ｂ，…が縦横に配列されている。図中、「×」は、単レンズ２７ｂ，２７ｂ，…の中心を示す。単レンズ２７ｂの中心とレンズ頂点との基板２７ａ上の位置は一致している。ＤＭＤのマイクロミラーは、受光面の一辺に対して４５°傾斜した回動軸周りに回動するように構成されており、フライアイレンズ２７の単レンズ２７ｂ，２７ｂ，…の中心を斜め方向に結ぶ直線は、フライアイレンズ２７の基板２７ａの短辺及び長辺に対し４５°傾斜している。前記直線間の距離をＰとする。この距離Ｐは、ミラー部２９ａ，２９ｂ間、２９ｅ，２９ｆ間の距離に等しい。
フライアイレンズ２７の単レンズ２７ｂの数は、フライアイレンズ７及び１７の単レンズ７２及び１７ｂの数より多い。フライアイレンズ２８もフライアイレンズ２７と同一の構成を有する。
投射型画像表示装置２６は、フライアイレンズ７，８、及びミラーアレイ９をフライアイレンズ２７，２８，及びミラーアレイ２９に変えたこと以外は、投射型画像表示装置１と同一の構成を有する。

図１３は、投射型画像表示装置２６を用いた場合の、投射レンズ１４の入射瞳における二次光源像Ｆ，Ｆ…を示す模式図である。各二次光源像Ｆは、フライアイレンズ２７，２８の各単位レンズ２７ｂ等により結像されている。
図１４は、ミラーアレイ２９を配置しないこと以外は投射型画像表示装置２６と同一の構成にした場合の、投射レンズ１４の入射瞳における二次光源像Ｆ，Ｆ…を示す模式図である。

図１３より、本実施の形態に係る投射型画像表示装置においては、フライアイレンズ２７，２８の単レンズ２７ｂ等の数が多数であっても、厚み方向に多数のミラー部を有するミラーアレイ２９によりフライアイレンズ２７，２８の幅方向端部側を通る光線が効率良く内側に平行移動され、光線が収束されるので、二次光源像Ｆ、Ｆ…が有効領域内に良好に結像していることが分かる。
従って、本実施の形態においては、従来と比較して光の利用効率が向上し、投射光の照度が高い。
なお、本実施の形態においては、ミラー部を厚み方向に３列配した場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、２列、４列等でもよく、適宜の列数、配することが出来る。

実施の形態５．
図１５は、本発明の実施の形態５に係る投射型画像表示装置に適用する光源側のフライアイレンズ３０を示す正面図である。
フライアイレンズ３０の基板３０ａには、光源側に凸である単レンズ３０ｂ，３０ｂ，…が縦横に配列されている。図中、「×」は、単レンズ３０ｂ，３０ｂ，…の中心を示す。ＤＭＤのマイクロミラーは、受光面の一辺に対して４５°傾斜した回動軸周りに回動するように構成されており、フライアイレンズ３０の単レンズ３０ｂ，３０ｂ，…の中心を斜め方向に結ぶ直線は、フライアイレンズ３０の基板３０ａの短辺及び長辺に対し４５°傾斜している。前記直線間の距離をＰとする。
フライアイレンズ２７は、単レンズ３０ｂ，３０ｂ…の頂点の基板３０ａ上の位置が、それぞれ単レンズ３０ｂ，３０ｂ…の中心の基板３０ａ上の位置から偏芯しており、頂点が前記直線からずれている。
本実施の形態の投射型画像表示装置は、光源側のフライアイレンズ２７をフライアイレンズ３０に変えたこと以外は、投射型画像表示装置２６と同一の構成を有する。

図１６は、本実施の形態に係る投射型画像表示装置を用いた場合の、投射レンズ１４の入射瞳における二次光源像Ｆ，Ｆ…を示す模式図である。各二次光源像Ｆは、フライアイレンズ３０，２８の各単レンズ３０ｂ等により結像されている。
図１７は、ミラーアレイ２９を配置しないこと以外は本実施の形態に係る投射型画像表示装置と同一の構成にした場合の、投射レンズ１４の入射瞳における二次光源像Ｆ，Ｆ…を示す模式図である。

図１７に示されるように、フライアイレンズ３０の単レンズ３０ｂの頂点を単レンズ３０ｂの中心より偏芯させることにより、二次光源像Ｆは内寄りに結像するが、ミラーアレイ２９を配置することにより、さらに内側の有効領域内に結像することが分かる。本実施の形態に係る投射型画像表示装置においては、フライアイレンズ３０，２８の単レンズ３０ｂ等の数が多数であっても、厚み方向に多数のミラー部を有するミラーアレイ２９によりフライアイレンズ３０，２８の幅方向端部側を通る光線が効率良く内側に平行移動され、光線が収束されるので、二次光源像Ｆ、Ｆ…が有効領域内に結像していることが分かる。
そして、本実施の形態のようにフライアイレンズ３０の単レンズ３０ｂの頂点を単レンズ３０ｂの中心より偏芯させることで、各二次光源像Ｆの位置的な干渉が避けられ、二次光源像Ｆが大きくなって有効領域を外れるのを抑制することが可能になる。従って、本実施の形態においては、さらに、光の利用効率が向上し、投射光の照度が高くなっている。

なお、ランプ２のリフレクタ２ｂの形状を変えたり、ランプ２とランプ２側のフライアイレンズとの間に、凸レンズ、凹レンズ、凸シリンドリカルレンズ、凹シリンドリカルレンズ等を組み合わせて配置することによっても、本実施の形態と同様の効果が得られる。また、前記直線間の距離Ｐを等間隔にしないことによっても、本実施の形態と同様の効果が得られる。

実施の形態６．
図１８（ａ）は、本発明の実施の形態６に係る投射型画像表示装置に適用する光収束板３１を示す平面図、図１８（ｂ）は、光収束板３１を示す正面図である。
ガラス製の光収束板３１は、平面の正面視の短辺の端部側から中央部奥側に向かって傾斜した状態で、長辺の延在方向に延びるスリット部３１ａ，３１ａ…を有する。
図１８（ｂ）に示すように、光収束板３１には、必要部分のみに反射部３１ｃ，３１ｃ…が形成されている。図１８（ａ）の拡大図に示すように、スリット部３１ａの反射部３１ｃ，３１ｃ…を形成しようとする部分以外の部分に、接着剤が充填されて接着剤充填部３１ｂが形成され、この接着剤充填部３１ｂが形成されていない部分が反射部３１ｃ，３１ｃ…とされる。接着剤充填部３１ｂは、屈折率が光収束板３１のスリット部３１ａ以外の部分と同等になり、光を透過させる。接着剤が充填されていない反射部３１ｃはエアギャップであり、全反射面となって、入射した光線を内側に反射させる、又は内側に反射された光線をさらに反射させて出射面に向かわせる。反射部３１ｃには、マイクロビーズ等を挿入することにしてもよい。また、接着剤は、シルク印刷、バブルジェット（登録商標）印刷等の印刷方法によりスリット部３１ａに塗布することにすれば、容易に所望の形状の反射部３１ｃ，３１ｃ…を形成することが可能である。

図１９は、本実施の形態に係る投射型画像表示装置に適用するフライアイレンズ３２を出射した直後の二次光源像Ｆ，Ｆ…を示す模式図である。フライアイレンズ３２の基板３２ａには、光源側に凸である単レンズ３２ｂ，３２ｂ，…が縦横に配列されている。図中、「×」は、単レンズ３２ｂ，３２ｂ，…の中心を示す。単レンズ３２ｂの中心とレンズ頂点との基板３２ａ上の位置は一致している。
本実施の形態に係る投射型画像表示装置は、実施の形態１に係る投射型画像表示装置１のフライアイレンズ７，８及びミラーアレイ９を本実施の形態に係るフライアイレンズ３２，３２及び光収束板３１に置き換えたこと以外は、投射型画像表示装置１と同一の構成を有する。

図２０は、本実施の形態に係る投射型画像表示装置の投射レンズ１４の入射瞳における二次光源像Ｆ，Ｆ…を示す模式図である。
図１９及び図２０より、本実施の形態においては、スリット部３１ａの必要な部分にのみ反射部３１ｃが設けられているので、各二次光源像Ｆ，Ｆ…が重なって干渉するのが避けられつつ、良好に有効領域内に結像していることが分かる。従って、光の利用効率が向上する。そして、スリット部３１ａの接着剤が充填されていない部分が反射部３１ｃとされるので、反射部３１ｃ，３１ｃ…を低コストに形成することが可能である。

なお、前記実施の形態１乃至６においては、光源としてＨＩＤランプを用いた場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、ＬＥＤ等を用いてもよい。
また、前記実施の形態３において、光の分離・合成プリズムとしてフィリップスプリズムを用いた場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、クロスダイクロイックプリズム等を用いることにしてもよい。
そして、前記実施の形態１乃至６においては、フライアイレンズ７、８、１７、１８、２７、２８、３０、３２の光源側に単レンズを設けた場合につき説明しているが、これに限定されるものではなく、集光レンズ側に設けることにしてもよい。

本発明の実施の形態１に係る投射型画像表示装置の構成を示す概略図である。 図１の投射型画像表示装置の一部を示す斜視図である。 フライアイレンズを示す正面図である。 図１の投射型画像表示装置の投射レンズの入射瞳における二次光源像を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係る投射型画像表示装置の一部を示す斜視図である。 フライアイレンズを示す正面図である。 図５の投射型画像表示装置の投射レンズの入射瞳における二次光源像を示す模式図である。 ミラーアレイを配置しないこと以外は図５の投射型画像表示装置と同一の構成にした場合の、投射レンズの入射瞳における二次光源像を示す模式図である。 本発明の実施の形態３に係る投射型画像表示装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態４に係る投射型画像表示装置のフライアイレンズ及びミラーアレイを示す概略平面図である。 ミラーアレイを示す背面側の斜視図である。 フライアイレンズを示す正面図である。 実施の形態４に係る投射型画像表示装置の投射レンズの入射瞳における二次光源像を示す模式図である。 ミラーアレイを配置しないこと以外は実施の形態４に係る投射型画像表示装置と同一の構成にした場合の、投射レンズの入射瞳における二次光源像を示す模式図である。 本発明の実施の形態５に係る投射型画像表示装置に適用する光源側のフライアイレンズを示す正面図である。 実施の形態５に係る投射型画像表示装置の投射レンズの入射瞳における二次光源像を示す模式図である。 ミラーアレイを配置しないこと以外は実施の形態５に係る投射型画像表示装置と同一の構成にした場合の、投射レンズの入射瞳における二次光源像を示す模式図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態６に係る投射型画像表示装置に適用する光収束板を示す平面図、（ｂ）は、光収束板を示す正面図である。 実施の形態６に係る投射型画像表示装置に適用するフライアイレンズを出射した直後の二次光源像Ｆ，Ｆ…を示す模式図である。 実施の形態６に係る投射型画像表示装置の投射レンズの入射瞳における二次光源像を示す模式図である。 従来の投射型画像表示装置の構成を示す概略図である。 ＤＭＤのマイクロミラーを示す模式図である。 ＤＭＤのオン状態の反射光の有効領域を示す模式図である。 フライアイレンズを示す正面図である。 図２１の投射型画像表示装置の投射レンズの入射瞳における二次光源像Ｆ，Ｆ…を示す模式図である。

符号の説明

１、２０、２１、２６ 投射型画像表示装置
２ ランプ
３ カラーホイール
５、６、１０、１１ 集光レンズ
７、８、１７、１８、２７、２８、３０、３２ フライアイレンズ
７１、１７ａ、２７ａ、３０ａ、３２ａ 基板
７２、１７ｂ、２７ｂ、３０ｂ、３２ｂ 単レンズ
９、１９、２９ ミラーアレイ
９１、９２、９３、９４、９５、９６、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅ、２９ｆ、２９ｇ、２９ｈ、２９ｉ、２９ｊ、２９ｋ、２９ｍ、２９ｎ、２９ｐ ミラー部
１２ 反射ミラー
１３、１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ ＤＭＤ
１４ 投射レンズ
１５ ＴＩＲプリズム
１６ フィリップスプリズム
３１ 光収束板
３１ａ スリット部
３１ｂ 接着剤充填部
３１ｃ 反射部

Claims (7)

1. 発光体と、該発光体から出射した光が入射し、単レンズが縦横に配列されて集光スポットを配列するフライアイレンズと、該フライアイレンズから出射した光を集めて出射する集光レンズと、該集光レンズから出射した光を、画像情報に基づきオン状態とオフ状態とに切り替えて反射させるマイクロミラーを有するＤＭＤと、該ＤＭＤが反射した光を被投射体へ投射する投射レンズとを備える投射型画像表示装置において、
   隣り合う、前記フライアイレンズと前記集光レンズとの間に、光透過性材料からなり、内設した反射部により、前記フライアイレンズの端部側を通る光線を中央部側に反射させ、内側の反射部によりさらに反射させ、前記光線を平行移動させた状態で出射させる光収束手段を備えることを特徴とする投射型画像表示装置。
2. 前記光収束手段は、略矩形板状であり、
   一平面の一辺の両端部側から中央部奥側に向かって傾斜した状態で、他辺の延在方向に延びるミラー部が複数並設され、該ミラー部の少なくとも一部に前記反射部が設けられ、
   前記平面を前記フライアイレンズ側に向け、光軸に直交させた状態で、前記フライアイレンズと前記集光レンズとの間に配置されている請求項１に記載の投射型画像表示装置。
3. 前記反射部は、前記ミラー部にアルミニウム又は誘電体多層膜がコーティングされてなる請求項２に記載の投射型画像表示装置。
4. 前記光収束手段は、略矩形板状であり、
   一平面の一辺の両端部側から中央部奥側に向かって傾斜した状態で他辺の延在方向に延びるスリット部が複数並設され、該スリット部の一部に接着剤が充填され、該接着剤が充填されていない部分が前記反射部とされ、
   前記平面を前記フライアイレンズ側に向け、光軸に直交させた状態で、前記フライアイレンズと前記集光レンズとの間に配置されている請求項１に記載の投射型画像表示装置。
5. 前記ＤＭＤのマイクロミラーが、該ＤＭＤの受光面の一辺に対して所定角度傾斜した回動軸周りに回動するように構成されている場合、前記光収束手段が光軸周りに前記所定角度回転させて配置されている請求項１乃至４のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
6. 前記反射部を光軸方向に複数列備える請求項１乃至５のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
7. 前記フライアイレンズを複数備え、
   前記光源側の前記フライアイレンズは、前記単レンズの頂点が該単レンズの中心から偏芯している請求項１乃至６のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。

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