JP2015228006A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 明るさへの影響が小さく簡易な構成で様々なサイズの画像表示素子に対応する。【解決手段】 被投射面に表示される画像を表示する画像表示素子２２と画像表示素子２２を照明する照明光学系１０とを有してなる画像表示装置１２０であって、画像表示素子２２は、画像の表示サイズが可変であり、照明光学系１０は、光源１１と、光源１１から出射した光を導光するロッドインテグレータ１３と、ロッドインテグレータ１３から出射した光を画像表示素子２２に導く光学系と、を備え、光学系は、複数のレンズを有し、画像表示素子２２の表示サイズを変更するとき、複数のレンズのうち少なくとも１枚のレンズ１７が移動レンズとして移動される。【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置に関するものである。

パーソナルコンピュータから出力されるデータ画像などを拡大投射して表示させる画像表示装置（以下「プロジェクタ」ともいう。）は、会議や教育現場などの様々なシーンにおいて用いられている。

プロジェクタに用いられる画像表示素子には、様々な解像度があり、用途に応じて使い分けられる。通常、画像表示素子は、解像度によって画像表示素子上の有効エリアのサイズが異なる。画像表示素子上の有効エリアのサイズが異なる場合には、有効エリアを照明するための照明光学系も異なる構成にする必要がある。

そのため、異なる解像度の画像表示デバイスに対して同一の照明光学系を使用するために、照明光学系を構成する光学素子の仕様を変更することで、異なった解像度の画像表示デバイスに対応させるのが一般的である。ここで、変更される光学素子の仕様としては、ロッドインテグレータ（ライトガイド）の開口サイズ、あるいはフライアイレンズのピッチなどが挙げられる。

しかしながら、光学素子の仕様を変更することは、画像表示素子の解像度に応じてそれぞれの光学部品を製作する必要があるため、コストアップが問題となっていた。

また、画像表示素子の解像度に対応してロッドインテグレータの開口のサイズのみを変更する場合、ロッドインテグレータと画像表示素子の間の照明光学系の倍率は変わらない。このため、画像表示素子のサイズを小さくした場合には、ロッドインテグレータの開口のサイズも小さくなる。

画像表示素子のサイズを小さくした場合には、ロッドインテグレータの開口のサイズも小さくなることにより、光源からロッドインテグレータに入る光の取り込み効率が低下する。このため、画像表示素子のサイズを小さくした場合には、プロジェクタの明るさが低下するという問題があった．

なお、画像表示装置において、フライアイレンズを交換することで様々なサイズの画像表示デバイスに対応させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、画像表示装置において、照明光学系内の少なくとも１つの光学素子を所定の位置に装着することで、異なる種類の画像表示デバイスに対応させる技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

また、画像表示装置において、出射端の開口サイズの異なる複数のテーパー形状のロッドインテグレータを機械的に切り替えることで、異なるアスペクト比に対応した画像を表示する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

また、画像表示装置において、ロッドインテグレータの入射端を固定したまま出射端の位置を変化させることで、照明エリアの大きさを変化させる技術が開示されている（例えば、特許文献４参照）。

しかしながら、特許文献１の技術は、画像表示素子のサイズに応じてフライアイレンズを製作しなければならないため、構成が複雑化しコストアップになるという問題があった。また、特許文献１の技術は、フライアイレンズの交換に伴って他の光学素子の位置も移動させる必要があるため、機構部が複雑になるという問題があった。

また、特許文献２の技術は、同じアスペクト比の画像表示素子にのみ対応させることができるものであり、異なるアスペクト比の画像表示素子に対応させることができなかったまた、特許文献２の技術は、画像表示素子上の照明エリアのサイズを変更することができなかった。

また、特許文献３の技術は、複数のロッドインテグレータと複数のロッドインテグレータの切り替え機構が必要であるため、構成が複雑化しコストアップになるという問題があった。

さらに、特許文献４の技術は、ロッドインテグレータの出射端の位置を移動させるための機構が必要となるため、構成が複雑化しコストアップになるという問題があった。また、特許文献４の技術は、ロッドインテグレータの出射端近辺に配置される光学素子により、出射端の位置の移動範囲が限定されるため、光源による照明エリアのサイズを大きく変更することができないという問題があった。

本発明は、簡易な構成で様々なサイズの画像表示素子に対応することができる画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、被投射面に表示される画像を表示する画像表示素子と画像表示素子を照明する照明光学系とを有してなる画像表示装置であって、画像表示素子は、前記画像の表示サイズが可変であり、照明光学系は、光源と、光源から出射した光を導光するロッドインテグレータと、ロッドインテグレータから出射した光を画像表示素子に導く光学系と、を備え、光学系は、複数のレンズを有し、画像表示素子の表示サイズを変更するとき、複数のレンズのうち少なくとも１枚のレンズが移動レンズとして移動される、ことを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で様々なサイズの画像表示素子に対応することができる。

本発明に係る画像表示装置の実施の形態を示す光学配置図である。 図１に示す画像表示装置が備えるロッドインテグレータの例を示す斜視図である。 図１に示す画像表示装置が備える照明光学系の第１の実施例を示す光学配置図である。 図３に示す照明光学系が備えるリレーレンズが所定の位置にあるときの照度分布図である。 図３に示す照明光学系が備えるリレーレンズを光軸に沿ってマイナス方向に移動させたときの照度分布図である。 図３に示す照明光学系が備えるリレーレンズを光軸に沿ってプラス方向に移動させたときの照度分布図である。 図３に示す照明光学系が備えるリレーレンズをアナモルフィックレンズにしたときの照度分布図である。 図１に示す画像表示装置が備える照明光学系の第３の実施例を示す光学配置図である。 図８に示す照明光学系の斜視図である。 図８に示す照明光学系が備えるリレーレンズが所定の位置にあるときの照度分布図である。 図８に示す照明光学系が備えるリレーレンズを光軸に沿ってマイナス方向に移動させたときの照度分布図である。 図８に示す照明光学系が備えるリレーレンズを光軸に沿ってプラス方向に移動させたときの照度分布図である。

以下、本発明に係る画像表示装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る画像表示装置の実施の形態を示す光学配置図である。同図に示すように、本実施の形態において、画像表示装置１２０は、いずれも後述する照明光学系１０と投射光学系１２１とを有する。また、画像表示装置１２０は、この他にいずれも不図示の凹面反射ミラーやカバーガラスなどを有していてもよい。

画像表示装置１２０は、図示しないスクリーンに投射される光が通過するカバーガラスを有する。画像表示装置１２０は、スクリーンとの設置距離が短い至近距離プロジェクタである。

●照明光学系の構成
次に、画像表示装置１２０の照明光学系の構成について説明する。

照明光学系１０は、光源であるランプユニット１１から出た光が後述する光学素子を経ることにより、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などにより構成される画像表示素子２２を照明する。そして、画像表示装置は、画像表示素子２２上の拡大像を不図示の投射光学系で不図示のスクリーンに投射する。

図１に示すように、照明光学系１０は、ランプユニット１１から順に、カラーホイール１２と、ロッドインテグレータ１３と、リレーレンズ１４，リレーレンズ１５と、ミラー１６と、リレーレンズ１７と、不図示の開口絞りと、ミラー１８とが配置されている。また、照明光学系１０は、ミラー１８の後に、リレーレンズ１９から順に、プリズム２１と、画像表示素子２２とが配置されている。

ランプユニット１１は、光源であるランプと、ランプが発した光を一定の方向（カラーホイール１２が配置されている方向）に向けて反射するランプカバーと、を有する。

ここで、ランプは、光源として超高圧水銀ランプや、ＬＤ（Laser Diode）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの固体光源を使用することができる。光源としてＬＤやＬＥＤを使用することにより、ランプは、超高圧水銀ランプを使用した場合に比べて長寿命であり色再現性が向上する。

カラーホイール１２は、ランプユニット１１からの光の進行方向に配置されている。カラーホイール１２は、ランプユニット１１からの光が通過するときに、光の色変換を行う色変換手段である。

ロッドインテグレータ１３は、光の進行方向において、カラーホイール１２の後段に配置されている。ロッドインテグレータ１３は、入射した光の照度を均一にして出射する照度均一化素子である。

図２は、図１に示す画像表示装置が備えるロッドインテグレータ１３の例を示す斜視図である。同図に示すように、ロッドインテグレータ１３は、両端に開口部を有する四角柱型の中空構造を有する。

ロッドインテグレータ１３は、中空構造の内面が４枚の反射ミラー１３１で構成されている。つまり、ロッドインテグレータ１３は、一端の開口部から入射した光が反射ミラー１３１により内部反射して、他端の開口部から均一な照度分布の光として出射するように構成されている。ここで、ロッドインテグレータ１３の開口部の開口のサイズは、例えば６ｍｍｘ４ｍｍである。

図１に戻る。リレーレンズ１４とリレーレンズ１５は、ロッドインテグレータ１３からの光の進行方向において、ロッドインテグレータ１３の後段に配置されている。リレーレンズ１４とリレーレンズ１５は、ロッドインテグレータ１３から出射された光をミラー１６へと導光する導光手段である。

ミラー１６は、ロッドインテグレータ１３からの光が画像表示素子２２を照明するように、光の進行方向を変更する手段である。ミラー１６によって、図１の＋Ａ軸方向へと進行してきた光は、＋Ｂ軸方向へと進行方向が変更される。

リレーレンズ１７は、ミラー１６からの光の進行方向において、ミラー１６の後段に配置されている。リレーレンズ１７は、ミラー１６により出射された光をミラー１８へと導光する導光手段である。

ミラー１８は、リレーレンズ１７からの光をリレーレンズ１９に入射させるように、光の進行方向を変更する手段である。ミラー１８によって、図１の＋Ｂ軸方向へと進行してきた光は、＋Ａ軸方向へと進行方向が変更される。

リレーレンズ１９は、ミラー１８からの光の進行方向において、ミラー１８の後段に配置されている。リレーレンズ１９は、ミラー１８から出射された光をプリズム２１へと導光する導光手段である。

プリズム２１は、それぞれ三角プリズムであり、プリズム２１の斜面の角度を設定することにより入射した光がプリズム２１の斜面で全反射し、画像表示素子２２に導かれる。

画像表示素子２２は、複数の微小ミラーが二次的に配置されている画像形成素子である。画像表示素子２２は、例えば、一辺が１０μｍ程度の正方形ミラーを表示画素に対応させて配列してなる。表示する画像の解像度の規格がＷＸＧＡ規格であれば、これに対応する画像表示素子２２の微小ミラーは、１２８０×８００個の配列になる。画像表示素子２２上の画像の表示サイズは、変更可能（可変）である。

画像表示素子２２が備える各微小ミラーの形状は、正方形である。各微小ミラーは、２次元的に配列された状態から対角方向において±１２度の傾きを形成できるようになっている。この各微小ミラーの傾きは、被投射面であるスクリーンに表示する画像の映像信号に基づいて適宜制御されて切り替わる。

例えば、微小ミラーの角度が＋１２度の状態をＯＮ状態、微小ミラーの角度が−１２度の状態をＯＦＦ状態とする。画像表示素子２２を照明した光は、ＯＮ状態の微小ミラーによって投射光学系１２１に向けて反射される。一方、ＯＦＦ状態のミラーを照明した光は、投射光学系１２１が配置されている方向とは異なる方向へと反射される。投射光学系１２１に向けて反射された光は、画像情報として投射光学系１２１を通過して、スクリーン上へと投射される。一方、その他の反射光は、照明光学系１０が設置される図示しないハウジングに配置されている吸収部材などによって吸収される。

ここで、画像表示素子２２は、微小ミラーを照明する光により、２次的な面光源（ライトバルブ）として作用するため、反射型ライトバルブともいう。

各微小ミラーの傾きは、映像信号に基づいて制御される。また、照明光の色変換を行うカラーホイール１２の動作も映像信号に基づいて制御される。この制御によって、映像信号に基づく画像が画像表示素子２２によって形成され、これがスクリーン上に拡大投射されて表示される。

なお、画像表示素子２２の前面側（微小ミラーの反射面が配置されている側）には、保護ガラスが配置されている。

照明光学系１０は、画像表示素子２２として、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device：デジタルマイクロミラーデバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いることで、照明光学系１０を小型にすることができる。

ここで、照明光学系１０の作用について説明する。ランプユニット１１からの光は、カラーホイール１２により色変換された後、ロッドインテグレータ１３に入射する。ロッドインテグレータ１３に入射した光は、ロッドインテグレータ１３の中で多重反射した後、ロッドインテグレータ１３の出射端において、均一な照度分布の２次的な面光源となる。

そして、ロッドインテグレータ１３から出射した光は、リレーレンズ１４，リレーレンズ１５を通過し、ミラー１６により反射された後にリレーレンズ１７と開口絞りを通過してミラー１８で反射される。ミラー１８で反射された光は、リレーレンズ１９とプリズム２１を通過した後、画像表示素子２２に対して略テレセントリック（平行）に照射される。

●投射光学系の構成
次に、画像表示装置１２０が備える投射光学系１２１の構成について説明する。

投射光学系１２１は、照明光学系１０が備える画像表示素子２２において反射された光を図示しないスクリーンに投射するための投射レンズ群である。なお、図１において、投射レンズ群を所定の配置で保持するレンズ鏡胴などは図示を省略している。

照明光学系１０によって画像表示素子２２に照射された光のうち、画像表示素子２２の個々の微小ミラーのＯＮ状態の画素に対応する光が、画像情報として投射光学系１２１を通り抜けて拡大投射される。投射光学系１２１を通過した光は、図示していないスクリーンに投射されスクリーン上に画像を形成する。

●照明光学系の実施例●
次に、画像表示装置１２０が備える照明光学系の具体的構成の実施例について説明する。

まず、画像表示装置１２０が備える照明光学系の第１の実施例について説明する。

図３は、図１に示す画像表示装置１２０が備える照明光学系の第１の実施例を示す光学配置図である。同図に示すように、照明光学系１０は、先に説明したランプユニット１１とカラーホイール１２とロッドインテグレータ１３とミラー１６と不図示の開口絞りとミラー１８を有する。また、照明光学系１０は、以下の表１に示す画像表示素子２２と、表２に示すリレーレンズ１４，リレーレンズ１５，リレーレンズ１７，リレーレンズ１９，プリズム２１を有する。

表１は、画像表示素子２２として、ＤＭＤを用いる場合における、解像度と有効エリアのサイズの関係の一例を示す。

表１

表１に示すように、同じ解像度（例えばＸＧＡ）でも異なる表示サイズのＤＭＤがあることがわかる。一般に、画像表示素子の有効エリアのサイズが大きい方が、プロジェクタが明るくなるものの、プロジェクタのサイズが大きくなるというデメリットがある。

また、表１の解像度がＷＸＧＡと７２０Ｐのもの、あるいは１０８０ＰとＷＵＸＧＡのものを比較するとわかるように、長手方向の画素数が同じで短手方向の画素数が異なるものがあることがわかる。また、表１の解像度がＸＧＡとＷＸＧＡのものように、短手方向の画素数がほぼ同じで長手方向の画素数が異なるものがあることがわかる。

表１から、用途に応じて様々な種類のＤＭＤが用意されていることがわかる。

表２は、リレーレンズ１４，リレーレンズ１５，１７，１９，プリズム２１の仕様を示す。ここで、リレーレンズ１４の焦点距離は４１．９ｍｍ、リレーレンズ１５の焦点距離は５１．１ｍｍ、リレーレンズ１７の焦点距離は７６．５ｍｍ、リレーレンズ１９の焦点距離は８２．３ｍｍである。

表２

プリズム２１の角度は、例えば、９６．２°，３３．８°に設定することで、プリズム２１の斜面で全反射した光が画像表示素子２２に導かれる。

照明光学系１０において、２枚のミラー１６，１８を用いて光路を変更しているのは、光路を変更する（折り曲げる）ことにより、画像表示装置の高さ方向のサイズを小型化するためである．

次に、照明光学系１０により得られる照度分布について説明する。

図４は、図３に示す照明光学系１０が備えるリレーレンズ１７が所定の位置にあるときの照度分布図である。また、図５は、図３に示す照明光学系１０が備えるリレーレンズ１７を光軸に沿ってマイナス方向（図１における−Ｂ軸方向、リレーレンズ１７がミラー１６に近づく方向）に８ｍｍ移動させたときの照度分布図である。また、図６は、図３に示す照明光学系１０が備えるリレーレンズ１７を光軸に沿ってプラス方向（図１における＋Ｂ軸方向、リレーレンズ１７がミラー１６から離れる方向）に８ｍｍ移動させたときの照度分布図である。

ここで、図４〜図６における照度は、画像表示素子２２内の最大照度により規格化している。

また、図４〜図６は、ランプユニット１１からの光が照明光学系１０を通して画像表示素子２２に照射されたときの照度分布図を示す。図４〜図６に示す照度分布は、コンピュータプログラム上で照明光学系１０のモデルを作成し、その照明光学系１０のモデルによる照度分布をシミュレーションしたものをグラフ化したものである。

図４〜図６において、縦横のスケールは、画像表示素子２２上の座標を示すものである。このスケールにおける座標（０，０）は、画像表示素子２２の中心に合致する位置を示している。

図４〜図６において、グラフの左下側は、照明光学系１０から投射された投射画像が不図示の投射光学系によって不図示のスクリーンに投射された場合の投射画像の左下側の位置に相当する。

また、図４〜図６において、黒枠２２０は、画像表示素子２２が０．６７インチの表示サイズのＷＵＸＧＡである場合の有効エリアを示す。図４〜図６において、色の濃い部分が照度の強い部分である。

図４と図５とを比較すると、照明光学系１０の絞り位置近傍（近辺）に配置されているリレーレンズ１７を光軸方向に沿ってマイナス方向に移動させると、画像表示素子２２上の照明エリアが大きくなることがわかる。

また、図４と図６とを比較すると、照明光学系１０の絞り位置近辺に配置されているリレーレンズ１７を光軸方向に沿ってプラス方向に移動させると、画像表示素子２２上の照明エリアが小さくなることがわかる。

ここで、リレーレンズ１７の移動機構としては、例えば投射光学系のバックフォーカス調整に一般的に使用されるようなヘリコイドなどによるものなどが挙げられる。

また、上述の通り照明光学系１０は略テレセントリックな照明系であるため、図５や図６に示すようにリレーレンズ１７の移動によって画像表示素子２２上の照明エリアのサイズが変わっても、照度分布が大きく変わらないことがわかる。

そのため、照明光学系１０は、表１で示したような、同じ解像度でサイズが異なる画像表示素子２２を交換した際に、リレーレンズ１７のみを移動させることによって画像表示素子２２のサイズに合わせて照明エリアのサイズを変更することができる．

次に、本発明に係る画像表示装置が備える照明光学系の第２の実施例について説明する。本実施例において、照明光学系は、表２に示したリレーレンズ１７の裏面（表２における第８面）をアナモルフィック形状にした点が、先に説明した第１の実施例の照明光学系１０と相違する。

図７は、図３に示す照明光学系１０が備えるリレーレンズ１７をアナモルフィックレンズにしたときの照度分布図である。

ここで、画像表示素子２２上の短手方向の照度分布に寄与するリレーレンズ１７の裏面の曲率半径は、４５ｍｍとしている。

図７によれば、リレーレンズ１７の裏面をアナモルフィック形状にすることによって、画像表示素子２２上の短手方向の照明エリアが小さくなり、図４と比較するとアスペクト比が変更されていることが分かる。

つまり、本実施例の照明光学系１０によれば、レンズ面の形状がアナモルフィック形状のリレーレンズ１７を移動機構により光軸方向に沿って移動させることにより、アスペクト比や大きさが異なる画像表示素子２２上を照明することができる。

次に、本発明に係る画像表示装置が備える照明光学系の第３の実施例について説明する。

図８は、図１に示す画像表示装置が備える照明光学系の第３の実施例を示す光学配置図である。同図に示すように、照明光学系７０は、ランプユニット７１から順に、カラーホイール７２と、ロッドインテグレータ７３と、リレーレンズ７４とが配置されている。

また、照明光学系７０は、リレーレンズ７４の後に、不図示の開口絞りと、リレーレンズ７５と、ミラー７６と、コンデンサレンズ７７と、画像表示素子７８とが配置されている。

ランプユニット７１とカラーホイール７２とは、先に説明したランプユニット１１とカラーホイール１２と同様の構成である。

ロッドインテグレータ７３は、図２に示した第１の実施例のロッドインテグレータ１３と同様に４枚の反射ミラーで構成される中空構造である。ロッドインテグレータ７３の開口部のサイズは、例えば５．９５ｍｍｘ３．４ｍｍである。

リレーレンズ７４は、ロッドインテグレータ７３からの光の進行方向において、ロッドインテグレータ７３の後段に配置されている。リレーレンズ７４は、ロッドインテグレータ７３から出射された光を開口絞りへと導光する導光手段である。

リレーレンズ７５は、開口絞りからの光の進行方向において、開口絞りの後段に配置されている。リレーレンズ７５は、開口絞りを通過した光をミラー７６へと導光する導光手段である。

ミラー７６は、リレーレンズ７５からの光がコンデンサレンズ７７を通過するように、光の進行方向を変更する手段である。ミラー７６によって、図８の＋Ａ軸方向へと進行してきた光は、＋Ｂ軸方向へと進行方向が変更される。

コンデンサレンズ７７は、両凸形状の球面レンズであって、画像表示素子７８で反射された光がコンデンサレンズ７７により蹴られないように、切り欠き７７１を有している。

画像表示素子７８は、先に説明した画像表示素子２２と同様の構成を有し、同様に動作する。

ランプユニット７１からの光は、カラーホイール７２により色変換された後、ロッドインテグレータ７３に入射する。ロッドインテグレータ７３に入射した光は、ロッドインテグレータ７３の中で多重反射した後、ロッドインテグレータ７３の出射端において、均一な照度分布の２次光源となる。

そして、ロッドインテグレータ７３から出射した光は、リレーレンズ７４と開口絞りを通過した後，リレーレンズ７５を通過し、ミラー７６により反射された後にコンデンサレンズ７７と通過した後、画像表示素子７８に照射される。

表３は、リレーレンズ７４，７５，コンデンサレンズ７７の仕様を示す。ここで、リレーレンズ７４の焦点距離は２５．５ｍｍ、リレーレンズ７５の焦点距離は２７．１ｍｍである。また、コンデンサレンズ７７は、両凸の球面形状であり、焦点距離が３８．３ｍｍである。

コンデンサレンズ７７は、通過する光を集光させる作用を奏する。このコンデンサレンズ７７によって均一であった照度が不均一になる。そして、コンデンサレンズ７７によって照度が不均一になった光によって、画像表示素子７８が照明される。

表３

照明光学系７０は、その光軸が画像表示素子７８に対して偏心していて、さらに、画像表示素子７８を照明する光の照度を敢えて不均一にする。この照明光学系７０の構成から生ずる作用によって、スクリーン上の投射画像における右下付近の照度は、その他の部分の照度と同等になる。すなわち、照明光学系７０は、その構成により、スクリーン上の投射画像の照度分布を均一にすることができる。

次に照明光学系７０の光軸の偏心量を表４に示す。表４は、画像表示素子７８を基準としたときの照明光学系７０の光軸の偏心量を示している。

表４

ここで、表４に示されている「α回転」と「β回転」及びｘシフトとｙシフトについて説明する。

図９は、照明光学系１０の斜視図である。図９は、光源であるランプユニット７１から出射された光がミラー７６に向って進行する方向の斜め左方向から見た図である。

図９において、画像表示素子７８における微小ミラーが配置されている面の法線方向をＺ軸とする。また、図９において、Ｚ軸と直交し、ランプユニット７１が配置されている方向をＸ軸とする。また、図９において、ｚ軸とx軸に直交する軸をｙ軸とする。

α回転は、画像表示素子７８に対する照明光学系７０の光軸のｙｚ平面内における回転をいう。α回転は、ｚ軸からｙ軸方向への反時計周りの回転をプラス方向の回転（プラス回転）とする。

また、β回転は、画像表示素子７８に対する照明光学系７０の光軸のｘｚ平面内における回転をいう。β回転は、ｚ軸からｘ軸方向への反時計周りの回転をプラス方向の回転（プラス回転）とする。

ｘシフトは、画像表示素子７８に対する照明光学系７０のｘ軸方向のシフト量をいう。ｙシフトは、画像表示素子７８に対する照明光学系７０のｙ軸方向のシフト量をいう。表４に示すとおり、照明光学系７０の光軸は、画像表示素子７８に対して偏心している。

照明光学系７０において、コンデンサレンズ７７の中心から画像表示素子７８の中心までの距離は、１６．９８ｍｍである。照明光学系７０において、この距離が長いとコンデンサレンズ７７のサイズが大きくなるため、コストアップの要因となる。

一方、コンデンサレンズ７７のサイズを小さくするために、コンデンサレンズ７７を画像表示素子７８に近づけた場合には、画像表示素子７８として用いるＤＭＤにより反射されて投射光学系に入るべき光がコンデンサレンズ７７により多く蹴られてしまう。つまり、コンデンサレンズ７７を画像表示素子７８に近づけた場合には、コンデンサレンズ７７により蹴られる光により、光の利用効率の低下や、スクリーンでの照度ムラが生じる。

そのため、照明光学系７０は、照明光学系７０の光軸を画像表示素子７８に対して偏心させることにより、コンデンサレンズ７７から画像表示素子７８の距離を短くしつつ、コンデンサレンズ７７で蹴られる光を少なくして光の利用効率を高めている。

次に、照明光学系７０により得られる照度分布について説明する。

図１０は、図８に示す照明光学系７０が備えるリレーレンズ７５が所定の位置にあるときの照度分布図である。また、図１１は、図８に示す照明光学系が備えるリレーレンズ７５を光軸に沿ってマイナス方向（リレーレンズ７５がリレーレンズ７４に近づく方向）に２ｍｍ移動させたときの照度分布図である。また、図１２は、図８に示す照明光学系７０が備えるリレーレンズ７５を光軸に沿ってプラス方向（リレーレンズ７５がリレーレンズ７４から離れる方向）に２ｍｍ移動させたときの照度分布図である。

ここで、図１０〜図１２における照度は、画像表示素子７８内の最大照度により規格化している。

また、図１０〜図１２は、ランプユニット７１からの光が照明光学系７０を通して画像表示素子７８に照射されたときの照度分布図を示す。図１０〜図１２に示す照度分布は、コンピュータプログラム上で照明光学系７０のモデルを作成し、その照明光学系７０のモデルによる照度分布をシミュレーションしたものをグラフ化したものである。

図１０〜図１２において、縦横のスケールは、画像表示素子７８上の座標を示すものである。このスケールにおける座標（０，０）は、画像表示素子７８の中心に合致する位置を示している。

図１０〜図１２において、グラフの左下側は、照明光学系７０から投射された投射画像が不図示の投射光学系によって不図示のスクリーンに投射された場合の投射画像の左下側の位置に相当する。

また、図１０〜図１２において、黒枠１８０は、画像表示素子７８が０．６７インチのＷＵＸＧＡである場合の有効エリアを示す。図１０〜図１２において、色の濃い部分が照度の強い部分である。

図１０と図１１とを比較すると、照明光学系７０の絞り位置近辺に配置されているリレーレンズ７５を光軸方向に沿ってマイナス方向（図８における−Ａ軸方向）に移動させると、画像表示素子７８上の照明エリアが大きくなることがわかる。

また、図１０と図１２とを比較すると、照明光学系７０の絞り位置近辺に配置されているリレーレンズ７５を光軸方向に沿ってプラス方向（図８における＋Ａ軸方向）に移動させると、画像表示素子７８上の照明エリアが小さくなることがわかる。

ここで、照明光学系７０は，非テレセントリックな照明光学系であり、リレーレンズ７５の移動によって図１１，図１２から、画像表示素子７８上の照度分布に大きな変化があることがわかる。すなわち、画像表示素子７８の変更に伴って照度分布の変化が起こることが望ましくない場合は，先に説明した第１の実施例で示したような略テレセントリックな照明光学系の方が好適である．

●実施の形態の効果●
以上説明したように、本実施の形態に係る画像表示装置１２０によれば、照明光学系１０，７０を備えることにより、サイズやアスペクト比など仕様が異なる画像表示素子２２，７８に対応して照明エリアのサイズを低コストで変更することができる。

つまり、本実施の形態に係る画像表示装置１２０は、１枚のレンズ（リレーレンズ１７またはリレーレンズ７５）のみを移動レンズとして移動させる。これにより本実施の形態に係る画像表示装置１２０によれば、低コストで様々なサイズやアスペクト比の画像表示素子２２，７８の照明エリアに対応することができる。

また、本実施の形態に係る画像表示装置１２０によれば、１枚のレンズのみを球面レンズまたはアナモルフィックレンズに交換することにより、低コストで様々なサイズやアスペクト比の画像表示素子２２，７８の照明エリアに対応することができる。

また、本実施の形態に係る画像表示装置１２０によれば、略テレセントリックな照明光学系１０を用いることにより、様々なサイズやアスペクト比の画像表示素子２２，７８の照明エリアにおいても照度分布の変化を小さくすることができる。

また、本実施の形態に係る画像表示装置１２０によれば、画像表示素子２２，７８にＤＭＤを用いることにより、装置の構成を小さくすることができる。

また、本実施の形態に係る画像表示装置１２０は、開口絞り位置近辺に配置されるリレーレンズ１７またはリレーレンズ７５を光軸に沿って移動させる。これにより、本実施の形態に係る画像表示装置１２０によれば、低コストで様々なサイズやアスペクト比の画像表示素子２２，７８の照明エリアに対応することができる。ここで、リレーレンズ１７，７５の移動距離をｚとしたとき，−１０ｍｍ<ｚ<１０ｍｍとすることにより、画像表示素子２２，７８上の照明エリアの調整幅を大きくすることができる．

また、本実施の形態に係る画像表示装置１２０によれば、光源として超高圧水銀ランプを利用することにより、高効率で明るい画像表示装置を提供することができる。

また、本実施の形態に係る画像表示装置１２０によれば、光源としてＬＤやＬＥＤなどの固体光源を使用することにより、超高圧水銀ランプを使用した場合に比べて長寿命かつ色再現性の良い画像表示装置を提供することができる。

１０ 照明光学系
１１ ランプユニット
２２ 画像表示素子
１２ カラーホイール
１３ ロッドインテグレータ
１４ リレーレンズ
１５ リレーレンズ
１６ ミラー
１７ リレーレンズ
１８ ミラー
１９ リレーレンズ
２１ プリズム
７０ 照明光学系
７１ ランプユニット
７２ カラーホイール
７３ ロッドインテグレータ
７４ リレーレンズ
７５ リレーレンズ
７６ ミラー
７７ コンデンサレンズ
７８ 画像表示素子
１２０ 画像表示装置
１２１ 投射光学系

特許第４５３４６０２号公報 特開２００４−１９８７７１号公報 特開２００７−３１０２７７号公報 特開２０１０−２８１９４４号公報

Claims (9)

1. 被投射面に表示される画像を表示する画像表示素子と前記画像表示素子を照明する照明光学系とを有してなる画像表示装置であって、
   前記画像表示素子は、前記画像の表示サイズが可変であり、
   前記照明光学系は、光源と、前記光源から出射した光を導光するロッドインテグレータと、前記ロッドインテグレータから出射した光を前記画像表示素子に導く光学系と、を備え、
   前記光学系は、複数のレンズを有し、前記画像表示素子の表示サイズを変更するとき、前記複数のレンズのうち少なくとも１枚のレンズが移動レンズとして移動される、
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記移動レンズは、前記移動レンズの光軸方向に移動される、
   請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記光学系は、開口絞りを有する、
   請求項１または２記載の画像表示装置。
4. 前記移動レンズは、前記複数のレンズのうち、前記開口絞り近傍のレンズである、
   請求項３記載の画像表示装置。
5. 前記移動レンズは、前記複数のレンズのうち、最も前記開口絞りに近いレンズである、
   請求項３記載の画像表示装置。
6. 前記複数のレンズのうち、前記移動レンズは、球面またはアナモルフィック形状である、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 前記ロッドインテグレータの出射端から出射した光は、前記画像表示素子を略テレセントリックに照明する、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の画像表示装置。
8. 前記画像表示素子は、デジタルマイクロミラーデバイスであり、
   前記デジタルマイクロミラーデバイス上の画像情報を被投射面に拡大投射する投射レンズを備えた、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の画像表示装置。
9. 前記光源は、超高圧水銀ランプ，あるいは固体光源である、
   請求項１乃至７のいずれかに記載の画像表示装置。