JP4085526B2 - 反射型ライトバルブを用いた投写型画像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＰＢＳを併用せずに反射型ライトバルブによる画像を拡大投射可能に構成される投写型画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在プレゼンテーション用途を中心に、大型映像市場が急拡大しつつある。この市場はモバイルからホール等で用いられる超大画面用まで様々であるが各分野で共通して求められるものは高輝度化、高解像度化、低コスト化、小型化である。
【０００３】
これらを実現するには各デバイスサイズに最適な光源の選択、光学系の最適化が求められるのは言うまでもない。本発明は反射型ライトバルブを用いた最適光学系構成に関するものである。
【０００４】
第１の従来技術として特開平５−１５０２１３について述べる。図１１にあるように光源１０１からの光のうち、リフレクタ−１０２により反射された光は偏光板１０３と、前記偏光板１０３を透過してくる偏光光を表示する画像に応じた映像光として斜めに反射する反射型液晶パネル１０４と、前記反射型液晶パネル１０４から前記偏光板１０３を介して照射される上記映像光をスクリーン１０５へ投写する投写レンズ１０６を有してなる。
【０００５】
このようにして反射型液晶パネル１０４上の画像を拡大投射出来るというものである。特開平５−１５０２１３以前の主な反射型液晶パネルを用いた構成ではその近傍に偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）を配してなっていたが、特開平５−１５０２１３ではこれを用いないことでコントラストの向上と低コスト化を図ることが可能となる。
【０００６】
次に「ＡＳＩＡ ＤＩＳＰＬＡＹ’９５」において発表されているＡＭＡ反射型ライトバルブのような偏光に依存せずに入射してくる光の射出角を変調することで画像表示する投写型画像表示装置について説明する。図１２は米国特許５１５０２０５に記載のある構成を示している。
【０００７】
図には無い光源から出た光２０１は反射型ライトバルブ２０２で反射せしめられ、白表示したいときは反射面に傾きは与えられておらず、ここに入射した光は絞り２０３に設けられた開口部２０４を通って投写レンズ２０５に至り拡大投射される。一方黒表示したいときは反射面に傾きを与えられ、ここに入射した光は絞り２０３に設けられた開口部２０４には入らず絞り２０３でけられることから投写レンズ２０５には至らず黒表示が出来るというものである。
【０００８】
ここでは有機材料である偏光子、検光子を用いず簡素な構造で構成出来る。また同様な反射型ライトバルブを用いた投写型画像表示装置を第３の従来例として紹介する。
【０００９】
構成は図１３にあるように光源３０１、照明光学系３０２、シュリーレン光学系３０３、反射型ライトバルブ３０４、投写光学系３０５からなり、光源３０１からの光は照明光学系３０２によりシュリーレンバー３０６上に入射する。ここで反射された光はシュリーレンレンズ３０７を経て反射型ライトバルブ３０４上に入射するが黒表示したい部分に配置されたミラーは入射光をそのまま反射するので再度シュリーレンレンズ３０７、シュリーレンバー３０６を介して光源側の光路に除かれる。
【００１０】
白表示したい部分に配置されたミラーは入射光に対し傾けられており光路のずれた光は再度シュリーレンレンズ３０７で、シュリーレンバー３０６面に形成される結像位置がシュリーレンバー３０６間となり、ここを透過して投写光学系に入射して反射型ライトバルブ３０４上の画像を拡大投写出来る。このように構成すればここで述べた反射型ライトバルブ３０４の入射光の出射角（変調量）に直接左右されずに光源の条件を設定することが出来る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来例の第一について以下に述べる。反射型ライトバルブに入射する光の入射角が大きくなると液晶を利用した場合などは入射角依存性によりコントラストを確保できなくなる、あるいは反射型ライトバルブで反射された光が角度をもって投射光学系に入射する場合は投射位置があおり投射になり実用上制限が生じるなどの理由から前記反射型ライトバルブへの入射角は小さく構成されることが望ましい。
【００１２】
さらに言えば前記反射型ライトバルブへの入射光と反射光の位置関係に干渉がある場合やそれに近い場合は機構的に構成が困難なことからも同じく前記反射型ライトバルブへの入射角を小さく構成することが必要となる。
【００１３】
このときの課題は前記反射型ライトバルブへの入射角を小さくするには照明光学系から至る入射光の平行度をあげることが要求される。入射光の平行度を上げること、すなわち照明光学系のＦナンバーを大きくして構成するには小型の発光体の光源しか利用できない。この場合大きな発光部を持つ光源を用いても有効に利用できない。従って用いられる光源は放電管タイプで短アーク品に限定され十分に明るい映像を得ることが困難となる。
【００１４】
反射型ライトバルブを偏光に依存せずに入射してくる光の射出角を変調することで画像表示するものとした第２の従来例について述べる。ここでも先に述べた従来例と同様に前記反射型ライトバルブへの入射光と反射光の位置関係に干渉がある場合やそれに近い場合は機構的に構成が困難なことから前記反射型ライトバルブへの入射角を小さく構成することが必要なことは明らかである。
【００１５】
これに加えて変調の際の前記反射型ライトバルブ上の反射面の傾き角が十分に大きければ問題ないが文献によれば傾き角は５度と非常に小さいことから入射光の広がり角の半値で５度以下に構成することが必要なことが言える。よって第一の従来例と同様に照明光学系のＦナンバーの大型化により光源への制約から十分な明るさが得られない。
【００１６】
第２の従来例と同様に反射型ライトバルブを入射してくる光の射出角を変調することで画像表示するものとした第３の従来例について述べる。ここでの構成ではシュリーレン光学系を用いることで反射型ライトバルブ上の反射面の傾き角で直接照明光学系のＦナンバーが制約を受けることはないが、シュリーレンレンズはロス無く光を伝達するために前記反射面の傾き角まで考慮した能力が必要となる。これはシュリーレンレンズの低Ｆナンバー化によるセットの大型化、コストアップを意味する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明による投写型画像表示装置は光源と、前記光源からの光を所望の位置に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの光を各画素毎に独立して変調可能な反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブ上の画素を拡大投写する投写光学系とを備え、前記照明光学系に形成される出射瞳の形状は前記反射型ライトバルブへの入射光軸と反射型ライトバルブの反射光軸を含む面方向に相当する方向の寸法がこれに直交する方向の寸法より短い形状である。さらに前記反射型ライトバルブへの照明光学系のＦナンバーのうち反射型ライトバルブへの入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向についてのＦナンバーをＦ１、これに直交する方向のＦナンバーをＦ２とし、前記反射型ライトバルブへの入射光と反射型ライトバルブで反射され投写光学系に入射する光が成す角をθ１としたときに以下の関係が成り立つことを特徴とする。
【００１８】
Ｆ１＞１／（２ｓｉｎ（θ１／２））、Ｆ２＜１／（２ｓｉｎ（θ１／２））上記投写型画像表示装置において前記反射型ライトバルブの入射側の光軸上には偏光子、出射側には検光子が備えられており、前記反射型ライトバルブは各画素毎に独立して入射光の偏光方向を制御可能な反射型液晶ライトバルブであることを特徴とする。
【００１９】
さらに上記投写型画像表示装置において前記反射型ライトバルブは各画素毎に独立して制御可能な反射面を備えてなり、この反射面傾き角を制御し出射光の出射角を変えることで投写光学系への光選択を行うことで画像表示を行うことを特徴とする。
【００２０】
あるいは本発明による投写型画像表示装置は光源と、前記光源からの光を所望の位置に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの光を各画素毎に独立して制御可能な反射面を備えてなり、この反射面傾き角を制御することで入射光の変調可能をおこなうな反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブ上の画素を拡大投写する投写光学系と、前記照明光学系と反射型ライトバルブ間に配置されたシュリーレン光学系とを備え、前記シュリーレン光学系はシュリーレンバーとシュリーレンレンズから構成され、かつ前記照明光学系に形成される出射瞳の形状は前記反射型ライトバルブへの入射光軸と反射型ライトバルブの反射光軸を含む面方向に相当する方向の寸法がこれに直交する方向の寸法より短い形状である。
さらに前記シュリーレンバーへの照明光学系のＦナンバーのうち反射型ライトバルブへの入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向についてＦ３、これに直交する方向のＦナンバーをＦ４とし、前記反射型ライトバルブへの入射光と反射型ライトバルブで反射され、投写光学系に入射する光が成す角をθ２としたときに以下の関係が成り立つことを特徴とする。
【００２１】
ｓｉｎ-1（Ｆ４／２）＝θ２／２＋ｓｉｎ-1（Ｆ３／２）
あるいは本発明による投写型画像表示装置は光源と、前記光源からの光を所望の位置に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの光を各画素毎に独立して変調可能な反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブ上の画素を拡大投写する投写光学系とを備え、前記照明光学系は光源からの光を部分光に分割して２次光源像を形成する第１レンズアレイと、前記２次光源像形成位置にマイクロレンズを複数配置してなる第２レンズアレイからなるインテグレータ光学系であり、前記第２レンズアレイの全体形状は前記反射型ライトバルブへの入射光軸と反射型ライトバルブの反射光軸を含む面方向に相当する方向の寸法がこれに直交する方向の寸法より短い形状であることを特徴とする。さらに前記反射型ライトバルブへの前記照明光学系のＦナンバーのうち反射型ライトバルブの入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向についてのＦナンバーをＦ１、これに直交する方向のＦナンバーをＦ２とし、前記反射型ライトバルブへの入射光と反射型ライトバルブで反射され投写光学系に入射する光が成す角をθ１としたとき、
Ｆ１＞１／（２ｓｉｎ（θ１／２））、
Ｆ２＜１／（２ｓｉｎ（θ１／２））
の関係が成り立つことを特徴とする。
あるいは本発明による投写型画像表示装置は光源と、前記光源からの光を所望の位置に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの光を各画素毎に独立して制御可能な反射面を備えてなり、この反射面傾き角を制御することで入射光の変調可能をおこなう反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブ上の画素を拡大投写する投写光学系と、前記照明光学系と反射型ライトバルブ間に配置されたシュリーレン光学系とを備え、前記シュリーレン光学系はシュリーレンバーとシュリーレンレンズから構成され、前記照明光学系は光源からの光を部分光に分割して２次光源像を形成する第１レンズアレイと、前記２次光源像形成位置にマイクロレンズを複数配置してなる第２レンズアレイからなるインテグレータ光学系であり、前記第２レンズアレイの全体形状は前記反射型ライトバルブへの入射光軸と反射型ライトバルブの反射光軸を含む面方向に相当する方向の寸法がこれに直交する方向の寸法より短い形状である。
さらに前記シュリーレンバーへの前記照明光学系のＦナンバーのうち反射型ライトバルブへの入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向についてのＦナンバーをＦ３、これに直交する方向のＦナンバーをＦ４とし、前記反射型ライトバルブへの入射光と、前記反射型ライトバルブで反射され前記投写光学系に入射する光が成す角をθ２としたときに、ｓｉｎ -1 （Ｆ４／２）とθ２／２＋ｓｉｎ -1 （Ｆ３／２）がほぼ等しくなる関係が成り立つことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明によれば反射型ライトバルブを用いてシステム化する際に生じる光学的制約、特に照明、投写系Ｆナンバーの設定に関して自由度を増すことを可能にすることで、各用途についてに最適設計を可能にする。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の概略構成図である。本例の投写型画像表示装置４００はシステム光軸に沿って光源４０１から射出された光はリフレクター４０２により射出される。この光は照明光学系４０３の集光レンズ４０４に入射する。この集光レンズ４０４を透過した光は特殊開口絞り４０５を経てパネルユニット４０６に図１にあるように入射角θ１／２をもって斜めに入射する。
【００２４】
パネルユニット４０６は外部からの入力信号により独立して変調可能な多数の画素からなる反射型液晶パネル４０７と、その入射側に近接してもうけられた偏光子兼検光子である偏光板４０８とからなり、ここに入射した自然光のうち、偏光板４０８の吸収軸方向の偏光成分は吸収されこれに直交する方向の偏光成分の光だけが透過し、反射型液晶パネル４０７に入射する。ここに入射した光のうち黒表示されるべき画素部部に入射した光は反射型液晶パネル４０７において反射され出射した際に偏光方向が９０度変わるように偏光されているため検光子である前記偏光板４０８に吸収されてしまう。
【００２５】
一方白表示されるべき画素部部に入射した光は反射型液晶パネル４０７において反射され出射した際に偏光方向が変わらないため検光子である前記偏光板４０８を透過して反射型液晶パネル４０７に入射してくる光とθ１だけ角度をなす光軸上に出射され、投射光学系である投写レンズ４０９に入射することで反射型液晶パネル４０７の画像がスクリーン４１０上に拡大投射される。
【００２６】
この際前記反射型液晶パネル４０７と投写レンズ４０９の中心がずれていることから投写レンズ４０９から見た反射型液晶パネル４０７の方向と反対方向に軸ずらし投写として投射出来る。ここで図２にあるように前記反射型液晶パネル４０７への照明光学系のＦナンバーのうち反射型液晶パネル４０７有効部への入射光軸と反射光軸を含む面方向に相当する方向についてＦ１、これに直交する方向の照明光学系のＦナンバーをＦ２となるように前記特殊開口絞り４０５の開口形状は設定されており、前記反射型液晶パネル４０７への入射光と反射型ライトバルブで反射され投写光学系に入射する光が成す角をθ１としたとき次の関係が成り立っている。
【００２７】
Ｆ１＞１／（２ｓｉｎ（θ１／２））
Ｆ２＜１／（２ｓｉｎ（θ１／２））
このように構成することでＰＢＳを用いない簡単な構造で光源の設定の自由度が広がることから高効率化、高輝度化が可能になる。前記Ｆ１を決める要因をあげると・照明光学系と投写光学系の干渉、・反射型液晶パネル４０７の入射角が大きくなることのコントラスト低下、・投写位置の要求からくる軸ずらし量の制限がある。
【００２８】
一方Ｆ２を決める要因をあげると・投写光学系のＦナンバーがあげられる。ここでＦ１＞Ｆ２であり、反射型液晶パネル４０７有効部への入射光軸と反射光軸を含む面方向に相当する方向について狭い広がり角となっている。従来構成で入射光は反射型液晶パネル４０７有効部への入射光軸と反射光軸を含む面方向に相当する方向、これに直交するについて光軸について同じＦナンバー（Ｆ１）であったので照明光学系はより明るいものを設定可能になる。
【００２９】
Ｆ１は具体的にＦ１＝１／（２ｓｉｎ（θ１／２））で反射型液晶パネル４０７への入射光と反射光がぎりぎり一部の光が重畳する設定となることからＦ１＞１／（２ｓｉｎ（θ１／２））が必要である。
【００３０】
前述のように本発明においての特長からＦ２をこれよりも大きな広がり角の光とする、すなわちＦ２＜１／（２ｓｉｎ（θ１／２））と設定している。ここで明るさ改善具合を具体的な数値を示して算出するとθ１を２０度とするとＦ１＞２．８８、Ｆ２＜２．８８となるからＦ１を３、Ｆ２を２として集光レンズ４０４からの光が均一で有れば図３から本実施の形態によれば約１．８倍の明るさが得られることが分かる。
【００３１】
ここまでの説明においては照明光学系を集光レンズ４０４としてきたが、図４に示したように照明光学系を第１レンズアレイ４１２と第２のレンズアレイ４１３とからなるインテグレータ光学系を用いても構成できる。第１レンズアレイは反射型液晶パネル４０７の有効部形状と相似形開口形状を持つ多数のマイクロレンズ４１４からなっている。
【００３２】
この第１レンズアレイ４１２で前記各マイクロレンズ４１４毎に形成された第２光源位置に第２レンズアレイ４１３が配置されており、各光源像の位置に配置されたマイクロレンズ４１５が多数集合して構成されている。このマイクロレンズ４１５は第１レンズアレイ４１２の各マイクロレンズ４１４の開口形状を拡大して反射型液晶パネル４０７に投影するよう構成されており、第１レンズアレイ４１２のマイクロレンズ４１４の像が重畳されて均一照明を行う。
【００３３】
ここで特に第２レンズアレイ４１３の反射型液晶パネル４０７から見た外形は図５にあるように一方向について高さを規制された形でマイクロレンズ４１５が多数集合して構成されている。もちろん第１レンズアレイ４１２の各マイクロレンズ４１４は各々が形成する２次光源像が第２レンズアレイ４１３上のマイクロレンズ４１５上に形成するよう設定されていることは言うまでもない。
【００３４】
前記第２レンズアレイ４１３の外形高さを規制した方向は反射型液晶パネル４０７有効部への入射光軸と反射光軸を含む面方向に相当する方向に一致していることはいうまでも無い。またこのときのＦ値の設定は先に示した定義と同様である。
【００３５】
ただし先に示した特殊開口絞り４０３を用いた際には一部絞りで蹴られてしまい有効に投写画像にまで至らない光線があったが、ここに示した最適化されたインテグレータ光学系を用いれば照明光学系の出射部形状を損失無く設定できることからより光利用効率の高い装置を提供することが可能となる。なお、図５において第２レンズアレイ４１３の形状は略小判型にしたが、必ずしもこれに制限されるものではなく図６，図７、図８にあるように長方形や六角形や楕円形でも構成可能であることは明らかである。
【００３６】
上記においてパネルユニット４０６は入射してきた光の偏光方向を変えない場合に白表示としたが偏光方向を９０度変換した場合を白表示になるパネルも応用可能である。この場合は偏光子と検光子を軸方向の異なる別々の偏光板で構成することが望ましいことは明らかであり、本発明はこの場合にも応用可能なことは言うまでもない。
【００３７】
（実施の形態２）
図９は実施の形態２の概略構成図である。本例の投写型画像表示装置５００はサブシステム光軸に沿って光源５０１から射出された光はリフレクター５０２により射出される。この光は照明光学系５０３の第１レンズアレイ５０４に入射する。この第１レンズアレイ５０４は多数のマイクロレンズ５０５からなっている。 このマイクロレンズ５０５は後述する反射型ライトバルブ５０６の有効部形状と相似形で、これも後述のシュリーレンバー５０７の位置を照明するようにサブシステム軸とシステム軸の成す角を考慮した開口形状を持っている。この第１レンズアレイ５０４で前記各マイクロレンズ５０５毎に形成された第２光源位置に第２レンズアレイ５０８が配置されており、各光源像の位置に配置されたマイクロレンズ５０９が多数集合して構成されている。
【００３８】
このマイクロレンズ５０９は第１レンズアレイ５０４の各マイクロレンズ５０５の開口形状をコンデンサレンズ５１０を介して拡大してシュリーレンバー５０７位置に投影するよう構成されており、一旦分割された光源５０１からの光は重畳されてここに３次光源像を形成する。シュリーレンバー５０７に入射した光はここで反射されシュリーレンレンズ５１１に入射して有効表示領域が各画素毎に独立して制御できる反射面が多数集合して形成された反射型ライトバルブ５０６上に再度結像される。
【００３９】
ここで黒表示すべき画素は反射面に傾きが無く入射光は反射されるため同じ光路を通ってシュリーレンバー５０７上に再度結像することでサブシステム軸方向に反射せしめられ光源側に戻るため、投写光学系である投写レンズ５１２に至ることはなく、投写像において黒表示となる。白表示すべき画素でシステム軸に対して２θの角度を持って反射された光もシュリーレンバー５０７上に再度結像するが傾きを持つため結像位置がずれることでシュリーレンバー５０７の間を抜ける。このようにしてシュリーレンバー５０７間を抜けた光は投写レンズ５１２に入射して図にはないスクリーン上に反射型ライトバルブ５０６の有効表示部を拡大投写する。
【００４０】
以上のような構成に於いてシュリーレンレンズ５１１のシュリーレンバー５０７側のＦナンバーを考えてみると、ここでは光源５０１の光を照明光学系５０３でシュリーレンバー５０７を照明する際に、必要な集光角をカバーするだけのＦナンバーが必要になる。これに加えて反射型ライトバルブ５０６で傾き角θをもつ反射面で反射された光を再度シュリーレンバー５０７上（この場合はシュリーレンバー５０７間）に光の損失無く結像せしめるには、ライトバルブ射出光で角度２θに相当する分だけシュリーレンバー５０７側のＦナンバーを小さくして構成する必要がある。
【００４１】
そこで本実施例に於いて第２レンズアレイ５０８のサブシステム軸上から見た外形は図１０にあるように一方向について高さを規制された形でマイクロレンズ５０９が多数集合して構成されている。もちろん第１レンズアレイ５０４の各マイクロレンズ５０５は各々が形成する２次光源像が第２レンズアレイ上のマイクロレンズ５０９上に形成するよう設定されていることは言うまでもない。前記第２レンズアレイ５０８の外形高さを規制した方向はサブシステム軸とシステム軸を含む面、言い換えればシュリーレンレンズ５１１からの入射光軸と反射型ライトバルブ５０６で反射される反射光軸を含む面に一致している。
【００４２】
ここで前記シュリーレンバー５０７への照明光学系のＦナンバーのうち前述の反射型ライトバルブ５０６への入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向についてＦ３、これに直交する方向の照明光学系のＦナンバーをＦ４とし、前記反射型ライトバルブへの入射光と反射型ライトバルブで反射され、投写光学系に入射する光が成す角をθ２としたときにおよそ以下の関係が成り立つことが望ましい。
【００４３】
ｓｉｎ-1（Ｆ４／２）＝θ２／２＋ｓｉｎ-1（Ｆ３／２）
上式はシュリーレンレンズ５１１において前述の反射型ライトバルブ５０６への入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向と、これに直交する方向の照明光学系のＦナンバー（光の広がり角）を等しく構成することを意味しており、このとき瞳形状が円形である一般的なレンズでシュリーレンレンズ５１１を構成しながらも必要最小限の大きさに設定出来、コストを最小限に抑えることが出来る。また一般的に第２レンズアレイ５０８はプレスあるいは成形加工で作られることから、このように中心光軸に対して非対称系の形状を形成してもこの部分のコストアップはほとんどなく、明るさ性能を維持する事を実現できる。
【００４４】
なお、照明効率は多少落ちるが実施の形態１に示したように照明光学系を集光レンズと特殊開口絞りとから構成しても同じ考え方が応用可能であることは同業者に容易に想像できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明の投写型画像表示装置では、反射型ライトバルブから見た照明光学系の見かけの発光部形状、言い換えれば照明光学系のＦナンバーを反射型ライトバルブへの入射光と反射光がなす面方向と、これに直交する方向とで最適化することで従来構成のものよりも照明光学系のＦナンバーを小さく、広い広がり角の光まで利用できるようになり、より発光部の大きい光源からの光を集光可能になることから投写像の高輝度化、装置の高効率化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態１の構成を示す図
【図２】本願発明実施の形態１の照明光学系周辺構成図
【図３】実施の形態１の効果説明のための特殊開口絞りの説明図
【図４】照明光学系にレンズアレイを用いたもちいた実施の形態１の構成図
【図５】実施の形態１の第２レンズアレイ外形図（１）
【図６】実施の形態１の第２レンズアレイ外形図（２）
【図７】実施の形態１の第２レンズアレイ外形図（３）
【図８】実施の形態１の第２レンズアレイ外形図（４）
【図９】本願発明の実施の形態２の構成を示す図
【図１０】実施の形態２の第２レンズアレイ外形図
【図１１】第１の従来構成図（特開平５−１５０２１３）
【図１２】第２の従来構成図（米国特許５１５０２０５）
【図１３】シュリーレン光学系を用いた第３の従来構成図
【符号の説明】
１００、２００、３００、４００、５００ 投写型画像表示装置
１０１、３０１、４０１、５０１ 光源
１０２、４０２、５０２ リフレクタ−
１０３、４０８ 偏光板
１０４、４０７ 反射型液晶パネル
１０５、４１０ スクリーン
１０６、２０５ 投写レンズ
２０１ 光源からの光
２０２、３０４、５０６ 反射型ライトバルブ
２０３ 絞り
３０２、４０３、５０３ 照明光学系
３０３ シュリーレン光学系
３０５ 投写光学系
３０６、５０７ シュリーレンバー
３０７、５１１ シュリーレンレンズ
４０４ 集光レンズ
４０５ 特殊開口絞り
４０６ パネルユニット
４０９、５１２ 投写レンズ
４１２、５０４ 第１レンズアレイ
４１３、５０８ 第２のレンズアレイ
４１４、４１５、５０５、５０９ マイクロレンズ
５１０ コンデンサレンズ
【発明の属する技術分野】
本発明はＰＢＳを併用せずに反射型ライトバルブによる画像を拡大投射可能に構成される投写型画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在プレゼンテーション用途を中心に、大型映像市場が急拡大しつつある。この市場はモバイルからホール等で用いられる超大画面用まで様々であるが各分野で共通して求められるものは高輝度化、高解像度化、低コスト化、小型化である。
【０００３】
これらを実現するには各デバイスサイズに最適な光源の選択、光学系の最適化が求められるのは言うまでもない。本発明は反射型ライトバルブを用いた最適光学系構成に関するものである。
【０００４】
第１の従来技術として特開平５−１５０２１３について述べる。図１１にあるように光源１０１からの光のうち、リフレクタ−１０２により反射された光は偏光板１０３と、前記偏光板１０３を透過してくる偏光光を表示する画像に応じた映像光として斜めに反射する反射型液晶パネル１０４と、前記反射型液晶パネル１０４から前記偏光板１０３を介して照射される上記映像光をスクリーン１０５へ投写する投写レンズ１０６を有してなる。
【０００５】
このようにして反射型液晶パネル１０４上の画像を拡大投射出来るというものである。特開平５−１５０２１３以前の主な反射型液晶パネルを用いた構成ではその近傍に偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）を配してなっていたが、特開平５−１５０２１３ではこれを用いないことでコントラストの向上と低コスト化を図ることが可能となる。
【０００６】
次に「ＡＳＩＡ ＤＩＳＰＬＡＹ’９５」において発表されているＡＭＡ反射型ライトバルブのような偏光に依存せずに入射してくる光の射出角を変調することで画像表示する投写型画像表示装置について説明する。図１２は米国特許５１５０２０５に記載のある構成を示している。
【０００７】
図には無い光源から出た光２０１は反射型ライトバルブ２０２で反射せしめられ、白表示したいときは反射面に傾きは与えられておらず、ここに入射した光は絞り２０３に設けられた開口部２０４を通って投写レンズ２０５に至り拡大投射される。一方黒表示したいときは反射面に傾きを与えられ、ここに入射した光は絞り２０３に設けられた開口部２０４には入らず絞り２０３でけられることから投写レンズ２０５には至らず黒表示が出来るというものである。
【０００８】
ここでは有機材料である偏光子、検光子を用いず簡素な構造で構成出来る。また同様な反射型ライトバルブを用いた投写型画像表示装置を第３の従来例として紹介する。
【０００９】
構成は図１３にあるように光源３０１、照明光学系３０２、シュリーレン光学系３０３、反射型ライトバルブ３０４、投写光学系３０５からなり、光源３０１からの光は照明光学系３０２によりシュリーレンバー３０６上に入射する。ここで反射された光はシュリーレンレンズ３０７を経て反射型ライトバルブ３０４上に入射するが黒表示したい部分に配置されたミラーは入射光をそのまま反射するので再度シュリーレンレンズ３０７、シュリーレンバー３０６を介して光源側の光路に除かれる。
【００１０】
白表示したい部分に配置されたミラーは入射光に対し傾けられており光路のずれた光は再度シュリーレンレンズ３０７で、シュリーレンバー３０６面に形成される結像位置がシュリーレンバー３０６間となり、ここを透過して投写光学系に入射して反射型ライトバルブ３０４上の画像を拡大投写出来る。このように構成すればここで述べた反射型ライトバルブ３０４の入射光の出射角（変調量）に直接左右されずに光源の条件を設定することが出来る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来例の第一について以下に述べる。反射型ライトバルブに入射する光の入射角が大きくなると液晶を利用した場合などは入射角依存性によりコントラストを確保できなくなる、あるいは反射型ライトバルブで反射された光が角度をもって投射光学系に入射する場合は投射位置があおり投射になり実用上制限が生じるなどの理由から前記反射型ライトバルブへの入射角は小さく構成されることが望ましい。
【００１２】
さらに言えば前記反射型ライトバルブへの入射光と反射光の位置関係に干渉がある場合やそれに近い場合は機構的に構成が困難なことからも同じく前記反射型ライトバルブへの入射角を小さく構成することが必要となる。
【００１３】
このときの課題は前記反射型ライトバルブへの入射角を小さくするには照明光学系から至る入射光の平行度をあげることが要求される。入射光の平行度を上げること、すなわち照明光学系のＦナンバーを大きくして構成するには小型の発光体の光源しか利用できない。この場合大きな発光部を持つ光源を用いても有効に利用できない。従って用いられる光源は放電管タイプで短アーク品に限定され十分に明るい映像を得ることが困難となる。
【００１４】
反射型ライトバルブを偏光に依存せずに入射してくる光の射出角を変調することで画像表示するものとした第２の従来例について述べる。ここでも先に述べた従来例と同様に前記反射型ライトバルブへの入射光と反射光の位置関係に干渉がある場合やそれに近い場合は機構的に構成が困難なことから前記反射型ライトバルブへの入射角を小さく構成することが必要なことは明らかである。
【００１５】
これに加えて変調の際の前記反射型ライトバルブ上の反射面の傾き角が十分に大きければ問題ないが文献によれば傾き角は５度と非常に小さいことから入射光の広がり角の半値で５度以下に構成することが必要なことが言える。よって第一の従来例と同様に照明光学系のＦナンバーの大型化により光源への制約から十分な明るさが得られない。
【００１６】
第２の従来例と同様に反射型ライトバルブを入射してくる光の射出角を変調することで画像表示するものとした第３の従来例について述べる。ここでの構成ではシュリーレン光学系を用いることで反射型ライトバルブ上の反射面の傾き角で直接照明光学系のＦナンバーが制約を受けることはないが、シュリーレンレンズはロス無く光を伝達するために前記反射面の傾き角まで考慮した能力が必要となる。これはシュリーレンレンズの低Ｆナンバー化によるセットの大型化、コストアップを意味する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明による投写型画像表示装置は光源と、前記光源からの光を所望の位置に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの光を各画素毎に独立して変調可能な反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブ上の画素を拡大投写する投写光学系とを備え、前記照明光学系に形成される出射瞳の形状は前記反射型ライトバルブへの入射光軸と反射型ライトバルブの反射光軸を含む面方向に相当する方向の寸法がこれに直交する方向の寸法より短い形状である。さらに前記反射型ライトバルブへの照明光学系のＦナンバーのうち反射型ライトバルブへの入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向についてのＦナンバーをＦ１、これに直交する方向のＦナンバーをＦ２とし、前記反射型ライトバルブへの入射光と反射型ライトバルブで反射され投写光学系に入射する光が成す角をθ１としたときに以下の関係が成り立つことを特徴とする。
【００１８】
Ｆ１＞１／（２ｓｉｎ（θ１／２））、Ｆ２＜１／（２ｓｉｎ（θ１／２））上記投写型画像表示装置において前記反射型ライトバルブの入射側の光軸上には偏光子、出射側には検光子が備えられており、前記反射型ライトバルブは各画素毎に独立して入射光の偏光方向を制御可能な反射型液晶ライトバルブであることを特徴とする。
【００１９】
さらに上記投写型画像表示装置において前記反射型ライトバルブは各画素毎に独立して制御可能な反射面を備えてなり、この反射面傾き角を制御し出射光の出射角を変えることで投写光学系への光選択を行うことで画像表示を行うことを特徴とする。
【００２０】
あるいは本発明による投写型画像表示装置は光源と、前記光源からの光を所望の位置に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの光を各画素毎に独立して制御可能な反射面を備えてなり、この反射面傾き角を制御することで入射光の変調可能をおこなうな反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブ上の画素を拡大投写する投写光学系と、前記照明光学系と反射型ライトバルブ間に配置されたシュリーレン光学系とを備え、前記シュリーレン光学系はシュリーレンバーとシュリーレンレンズから構成され、かつ前記照明光学系に形成される出射瞳の形状は前記反射型ライトバルブへの入射光軸と反射型ライトバルブの反射光軸を含む面方向に相当する方向の寸法がこれに直交する方向の寸法より短い形状である。
さらに前記シュリーレンバーへの照明光学系のＦナンバーのうち反射型ライトバルブへの入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向についてＦ３、これに直交する方向のＦナンバーをＦ４とし、前記反射型ライトバルブへの入射光と反射型ライトバルブで反射され、投写光学系に入射する光が成す角をθ２としたときに以下の関係が成り立つことを特徴とする。
【００２１】
ｓｉｎ-1（Ｆ４／２）＝θ２／２＋ｓｉｎ-1（Ｆ３／２）
あるいは本発明による投写型画像表示装置は光源と、前記光源からの光を所望の位置に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの光を各画素毎に独立して変調可能な反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブ上の画素を拡大投写する投写光学系とを備え、前記照明光学系は光源からの光を部分光に分割して２次光源像を形成する第１レンズアレイと、前記２次光源像形成位置にマイクロレンズを複数配置してなる第２レンズアレイからなるインテグレータ光学系であり、前記第２レンズアレイの全体形状は前記反射型ライトバルブへの入射光軸と反射型ライトバルブの反射光軸を含む面方向に相当する方向の寸法がこれに直交する方向の寸法より短い形状であることを特徴とする。さらに前記反射型ライトバルブへの前記照明光学系のＦナンバーのうち反射型ライトバルブの入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向についてのＦナンバーをＦ１、これに直交する方向のＦナンバーをＦ２とし、前記反射型ライトバルブへの入射光と反射型ライトバルブで反射され投写光学系に入射する光が成す角をθ１としたとき、
Ｆ１＞１／（２ｓｉｎ（θ１／２））、
Ｆ２＜１／（２ｓｉｎ（θ１／２））
の関係が成り立つことを特徴とする。
あるいは本発明による投写型画像表示装置は光源と、前記光源からの光を所望の位置に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの光を各画素毎に独立して制御可能な反射面を備えてなり、この反射面傾き角を制御することで入射光の変調可能をおこなう反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブ上の画素を拡大投写する投写光学系と、前記照明光学系と反射型ライトバルブ間に配置されたシュリーレン光学系とを備え、前記シュリーレン光学系はシュリーレンバーとシュリーレンレンズから構成され、前記照明光学系は光源からの光を部分光に分割して２次光源像を形成する第１レンズアレイと、前記２次光源像形成位置にマイクロレンズを複数配置してなる第２レンズアレイからなるインテグレータ光学系であり、前記第２レンズアレイの全体形状は前記反射型ライトバルブへの入射光軸と反射型ライトバルブの反射光軸を含む面方向に相当する方向の寸法がこれに直交する方向の寸法より短い形状である。
さらに前記シュリーレンバーへの前記照明光学系のＦナンバーのうち反射型ライトバルブへの入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向についてのＦナンバーをＦ３、これに直交する方向のＦナンバーをＦ４とし、前記反射型ライトバルブへの入射光と、前記反射型ライトバルブで反射され前記投写光学系に入射する光が成す角をθ２としたときに、ｓｉｎ -1 （Ｆ４／２）とθ２／２＋ｓｉｎ -1 （Ｆ３／２）がほぼ等しくなる関係が成り立つことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明によれば反射型ライトバルブを用いてシステム化する際に生じる光学的制約、特に照明、投写系Ｆナンバーの設定に関して自由度を増すことを可能にすることで、各用途についてに最適設計を可能にする。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の概略構成図である。本例の投写型画像表示装置４００はシステム光軸に沿って光源４０１から射出された光はリフレクター４０２により射出される。この光は照明光学系４０３の集光レンズ４０４に入射する。この集光レンズ４０４を透過した光は特殊開口絞り４０５を経てパネルユニット４０６に図１にあるように入射角θ１／２をもって斜めに入射する。
【００２４】
パネルユニット４０６は外部からの入力信号により独立して変調可能な多数の画素からなる反射型液晶パネル４０７と、その入射側に近接してもうけられた偏光子兼検光子である偏光板４０８とからなり、ここに入射した自然光のうち、偏光板４０８の吸収軸方向の偏光成分は吸収されこれに直交する方向の偏光成分の光だけが透過し、反射型液晶パネル４０７に入射する。ここに入射した光のうち黒表示されるべき画素部部に入射した光は反射型液晶パネル４０７において反射され出射した際に偏光方向が９０度変わるように偏光されているため検光子である前記偏光板４０８に吸収されてしまう。
【００２５】
一方白表示されるべき画素部部に入射した光は反射型液晶パネル４０７において反射され出射した際に偏光方向が変わらないため検光子である前記偏光板４０８を透過して反射型液晶パネル４０７に入射してくる光とθ１だけ角度をなす光軸上に出射され、投射光学系である投写レンズ４０９に入射することで反射型液晶パネル４０７の画像がスクリーン４１０上に拡大投射される。
【００２６】
この際前記反射型液晶パネル４０７と投写レンズ４０９の中心がずれていることから投写レンズ４０９から見た反射型液晶パネル４０７の方向と反対方向に軸ずらし投写として投射出来る。ここで図２にあるように前記反射型液晶パネル４０７への照明光学系のＦナンバーのうち反射型液晶パネル４０７有効部への入射光軸と反射光軸を含む面方向に相当する方向についてＦ１、これに直交する方向の照明光学系のＦナンバーをＦ２となるように前記特殊開口絞り４０５の開口形状は設定されており、前記反射型液晶パネル４０７への入射光と反射型ライトバルブで反射され投写光学系に入射する光が成す角をθ１としたとき次の関係が成り立っている。
【００２７】
Ｆ１＞１／（２ｓｉｎ（θ１／２））
Ｆ２＜１／（２ｓｉｎ（θ１／２））
このように構成することでＰＢＳを用いない簡単な構造で光源の設定の自由度が広がることから高効率化、高輝度化が可能になる。前記Ｆ１を決める要因をあげると・照明光学系と投写光学系の干渉、・反射型液晶パネル４０７の入射角が大きくなることのコントラスト低下、・投写位置の要求からくる軸ずらし量の制限がある。
【００２８】
一方Ｆ２を決める要因をあげると・投写光学系のＦナンバーがあげられる。ここでＦ１＞Ｆ２であり、反射型液晶パネル４０７有効部への入射光軸と反射光軸を含む面方向に相当する方向について狭い広がり角となっている。従来構成で入射光は反射型液晶パネル４０７有効部への入射光軸と反射光軸を含む面方向に相当する方向、これに直交するについて光軸について同じＦナンバー（Ｆ１）であったので照明光学系はより明るいものを設定可能になる。
【００２９】
Ｆ１は具体的にＦ１＝１／（２ｓｉｎ（θ１／２））で反射型液晶パネル４０７への入射光と反射光がぎりぎり一部の光が重畳する設定となることからＦ１＞１／（２ｓｉｎ（θ１／２））が必要である。
【００３０】
前述のように本発明においての特長からＦ２をこれよりも大きな広がり角の光とする、すなわちＦ２＜１／（２ｓｉｎ（θ１／２））と設定している。ここで明るさ改善具合を具体的な数値を示して算出するとθ１を２０度とするとＦ１＞２．８８、Ｆ２＜２．８８となるからＦ１を３、Ｆ２を２として集光レンズ４０４からの光が均一で有れば図３から本実施の形態によれば約１．８倍の明るさが得られることが分かる。
【００３１】
ここまでの説明においては照明光学系を集光レンズ４０４としてきたが、図４に示したように照明光学系を第１レンズアレイ４１２と第２のレンズアレイ４１３とからなるインテグレータ光学系を用いても構成できる。第１レンズアレイは反射型液晶パネル４０７の有効部形状と相似形開口形状を持つ多数のマイクロレンズ４１４からなっている。
【００３２】
この第１レンズアレイ４１２で前記各マイクロレンズ４１４毎に形成された第２光源位置に第２レンズアレイ４１３が配置されており、各光源像の位置に配置されたマイクロレンズ４１５が多数集合して構成されている。このマイクロレンズ４１５は第１レンズアレイ４１２の各マイクロレンズ４１４の開口形状を拡大して反射型液晶パネル４０７に投影するよう構成されており、第１レンズアレイ４１２のマイクロレンズ４１４の像が重畳されて均一照明を行う。
【００３３】
ここで特に第２レンズアレイ４１３の反射型液晶パネル４０７から見た外形は図５にあるように一方向について高さを規制された形でマイクロレンズ４１５が多数集合して構成されている。もちろん第１レンズアレイ４１２の各マイクロレンズ４１４は各々が形成する２次光源像が第２レンズアレイ４１３上のマイクロレンズ４１５上に形成するよう設定されていることは言うまでもない。
【００３４】
前記第２レンズアレイ４１３の外形高さを規制した方向は反射型液晶パネル４０７有効部への入射光軸と反射光軸を含む面方向に相当する方向に一致していることはいうまでも無い。またこのときのＦ値の設定は先に示した定義と同様である。
【００３５】
ただし先に示した特殊開口絞り４０３を用いた際には一部絞りで蹴られてしまい有効に投写画像にまで至らない光線があったが、ここに示した最適化されたインテグレータ光学系を用いれば照明光学系の出射部形状を損失無く設定できることからより光利用効率の高い装置を提供することが可能となる。なお、図５において第２レンズアレイ４１３の形状は略小判型にしたが、必ずしもこれに制限されるものではなく図６，図７、図８にあるように長方形や六角形や楕円形でも構成可能であることは明らかである。
【００３６】
上記においてパネルユニット４０６は入射してきた光の偏光方向を変えない場合に白表示としたが偏光方向を９０度変換した場合を白表示になるパネルも応用可能である。この場合は偏光子と検光子を軸方向の異なる別々の偏光板で構成することが望ましいことは明らかであり、本発明はこの場合にも応用可能なことは言うまでもない。
【００３７】
（実施の形態２）
図９は実施の形態２の概略構成図である。本例の投写型画像表示装置５００はサブシステム光軸に沿って光源５０１から射出された光はリフレクター５０２により射出される。この光は照明光学系５０３の第１レンズアレイ５０４に入射する。この第１レンズアレイ５０４は多数のマイクロレンズ５０５からなっている。 このマイクロレンズ５０５は後述する反射型ライトバルブ５０６の有効部形状と相似形で、これも後述のシュリーレンバー５０７の位置を照明するようにサブシステム軸とシステム軸の成す角を考慮した開口形状を持っている。この第１レンズアレイ５０４で前記各マイクロレンズ５０５毎に形成された第２光源位置に第２レンズアレイ５０８が配置されており、各光源像の位置に配置されたマイクロレンズ５０９が多数集合して構成されている。
【００３８】
このマイクロレンズ５０９は第１レンズアレイ５０４の各マイクロレンズ５０５の開口形状をコンデンサレンズ５１０を介して拡大してシュリーレンバー５０７位置に投影するよう構成されており、一旦分割された光源５０１からの光は重畳されてここに３次光源像を形成する。シュリーレンバー５０７に入射した光はここで反射されシュリーレンレンズ５１１に入射して有効表示領域が各画素毎に独立して制御できる反射面が多数集合して形成された反射型ライトバルブ５０６上に再度結像される。
【００３９】
ここで黒表示すべき画素は反射面に傾きが無く入射光は反射されるため同じ光路を通ってシュリーレンバー５０７上に再度結像することでサブシステム軸方向に反射せしめられ光源側に戻るため、投写光学系である投写レンズ５１２に至ることはなく、投写像において黒表示となる。白表示すべき画素でシステム軸に対して２θの角度を持って反射された光もシュリーレンバー５０７上に再度結像するが傾きを持つため結像位置がずれることでシュリーレンバー５０７の間を抜ける。このようにしてシュリーレンバー５０７間を抜けた光は投写レンズ５１２に入射して図にはないスクリーン上に反射型ライトバルブ５０６の有効表示部を拡大投写する。
【００４０】
以上のような構成に於いてシュリーレンレンズ５１１のシュリーレンバー５０７側のＦナンバーを考えてみると、ここでは光源５０１の光を照明光学系５０３でシュリーレンバー５０７を照明する際に、必要な集光角をカバーするだけのＦナンバーが必要になる。これに加えて反射型ライトバルブ５０６で傾き角θをもつ反射面で反射された光を再度シュリーレンバー５０７上（この場合はシュリーレンバー５０７間）に光の損失無く結像せしめるには、ライトバルブ射出光で角度２θに相当する分だけシュリーレンバー５０７側のＦナンバーを小さくして構成する必要がある。
【００４１】
そこで本実施例に於いて第２レンズアレイ５０８のサブシステム軸上から見た外形は図１０にあるように一方向について高さを規制された形でマイクロレンズ５０９が多数集合して構成されている。もちろん第１レンズアレイ５０４の各マイクロレンズ５０５は各々が形成する２次光源像が第２レンズアレイ上のマイクロレンズ５０９上に形成するよう設定されていることは言うまでもない。前記第２レンズアレイ５０８の外形高さを規制した方向はサブシステム軸とシステム軸を含む面、言い換えればシュリーレンレンズ５１１からの入射光軸と反射型ライトバルブ５０６で反射される反射光軸を含む面に一致している。
【００４２】
ここで前記シュリーレンバー５０７への照明光学系のＦナンバーのうち前述の反射型ライトバルブ５０６への入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向についてＦ３、これに直交する方向の照明光学系のＦナンバーをＦ４とし、前記反射型ライトバルブへの入射光と反射型ライトバルブで反射され、投写光学系に入射する光が成す角をθ２としたときにおよそ以下の関係が成り立つことが望ましい。
【００４３】
ｓｉｎ-1（Ｆ４／２）＝θ２／２＋ｓｉｎ-1（Ｆ３／２）
上式はシュリーレンレンズ５１１において前述の反射型ライトバルブ５０６への入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向と、これに直交する方向の照明光学系のＦナンバー（光の広がり角）を等しく構成することを意味しており、このとき瞳形状が円形である一般的なレンズでシュリーレンレンズ５１１を構成しながらも必要最小限の大きさに設定出来、コストを最小限に抑えることが出来る。また一般的に第２レンズアレイ５０８はプレスあるいは成形加工で作られることから、このように中心光軸に対して非対称系の形状を形成してもこの部分のコストアップはほとんどなく、明るさ性能を維持する事を実現できる。
【００４４】
なお、照明効率は多少落ちるが実施の形態１に示したように照明光学系を集光レンズと特殊開口絞りとから構成しても同じ考え方が応用可能であることは同業者に容易に想像できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明の投写型画像表示装置では、反射型ライトバルブから見た照明光学系の見かけの発光部形状、言い換えれば照明光学系のＦナンバーを反射型ライトバルブへの入射光と反射光がなす面方向と、これに直交する方向とで最適化することで従来構成のものよりも照明光学系のＦナンバーを小さく、広い広がり角の光まで利用できるようになり、より発光部の大きい光源からの光を集光可能になることから投写像の高輝度化、装置の高効率化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態１の構成を示す図
【図２】本願発明実施の形態１の照明光学系周辺構成図
【図３】実施の形態１の効果説明のための特殊開口絞りの説明図
【図４】照明光学系にレンズアレイを用いたもちいた実施の形態１の構成図
【図５】実施の形態１の第２レンズアレイ外形図（１）
【図６】実施の形態１の第２レンズアレイ外形図（２）
【図７】実施の形態１の第２レンズアレイ外形図（３）
【図８】実施の形態１の第２レンズアレイ外形図（４）
【図９】本願発明の実施の形態２の構成を示す図
【図１０】実施の形態２の第２レンズアレイ外形図
【図１１】第１の従来構成図（特開平５−１５０２１３）
【図１２】第２の従来構成図（米国特許５１５０２０５）
【図１３】シュリーレン光学系を用いた第３の従来構成図
【符号の説明】
１００、２００、３００、４００、５００ 投写型画像表示装置
１０１、３０１、４０１、５０１ 光源
１０２、４０２、５０２ リフレクタ−
１０３、４０８ 偏光板
１０４、４０７ 反射型液晶パネル
１０５、４１０ スクリーン
１０６、２０５ 投写レンズ
２０１ 光源からの光
２０２、３０４、５０６ 反射型ライトバルブ
２０３ 絞り
３０２、４０３、５０３ 照明光学系
３０３ シュリーレン光学系
３０５ 投写光学系
３０６、５０７ シュリーレンバー
３０７、５１１ シュリーレンレンズ
４０４ 集光レンズ
４０５ 特殊開口絞り
４０６ パネルユニット
４０９、５１２ 投写レンズ
４１２、５０４ 第１レンズアレイ
４１３、５０８ 第２のレンズアレイ
４１４、４１５、５０５、５０９ マイクロレンズ
５１０ コンデンサレンズ
Claims (6)
- 光源と、前記光源からの光を所望の位置に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの光を各画素毎に独立して変調可能な反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブ上の画素を拡大投写する投写光学系とを備え、
前記照明光学系に形成される出射瞳の形状は、前記反射型ライトバルブへの入射光軸と反射型ライトバルブの反射光軸を含む面方向に相当する方向の寸法がこれに直交する方向の寸法より短い形状であり、
さらに前記反射型ライトバルブへの前記照明光学系のＦナンバーのうち反射型ライトバルブの入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向についてのＦナンバーをＦ１、これに直交する方向のＦナンバーをＦ２とし、前記反射型ライトバルブへの入射光と反射型ライトバルブで反射され投写光学系に入射する光が成す角をθ１としたとき、
Ｆ１＞１／（２ｓｉｎ（θ１／２））、
Ｆ２＜１／（２ｓｉｎ（θ１／２））
の関係が成り立つことを特徴とする投写型画像表示装置。 - 前記反射型ライトバルブの入射側の光軸上には偏光子、出射側には検光子が備えられており、前記反射型ライトバルブは各画素毎に独立して入射光の偏光方向を制御可能な反射型液晶ライトバルブであることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
- 前記反射型ライトバルブは各画素毎に独立して制御可能な反射面を備えてなり、この反射面傾き角を制御し出射光の出射角を変えることで投写光学系への光選択を行うことで画像表示を行うことを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
- 光源と、前記光源からの光を所望の位置に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの光を各画素毎に独立して制御可能な反射面を備えてなり、この反射面傾き角を制御することで入射光の変調可能をおこなう反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブ上の画素を拡大投写する投写光学系と、前記照明光学系と反射型ライトバルブ間に配置されたシュリーレン光学系とを備え、
前記シュリーレン光学系はシュリーレンバーとシュリーレンレンズから構成され、
前記照明光学系に形成される出射瞳の形状は、前記反射型ライトバルブへの入射光軸と反射型ライトバルブの反射光軸を含む面方向に相当する方向の寸法がこれに直交する方向の寸法より短い形状であり、
さらに前記シュリーレンバーへの前記照明光学系のＦナンバーのうち反射型ライトバルブへの入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向についてのＦナンバーをＦ３、これに直交する方向のＦナンバーをＦ４とし、前記反射型ライトバルブへの入射光と、前記反射型ライトバルブで反射され前記投写光学系に入射する光が成す角をθ２としたときに、ｓｉｎ-1（Ｆ４／２）とθ２／２＋ｓｉｎ-1（Ｆ３／２）がほぼ等しくなる関係が成り立つことを特徴とする投写型画像表示装置。 - 光源と、前記光源からの光を所望の位置に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの光を各画素毎に独立して変調可能な反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブ上の画素を拡大投写する投写光学系とを備え、
前記照明光学系は光源からの光を部分光に分割して２次光源像を形成する第１レンズアレイと、前記２次光源像形成位置にマイクロレンズを複数配置してなる第２レンズアレイからなるインテグレータ光学系であり、前記第２レンズアレイの全体形状は前記反射型ライトバルブへの入射光軸と反射型ライトバルブの反射光軸を含む面方向に相当する方向の寸法がこれに直交する方向の寸法より短い形状であり、
さらに前記反射型ライトバルブへの前記照明光学系のＦナンバーのうち反射型ライトバルブの入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向についてのＦナンバーをＦ１、これに直交する方向のＦナンバーをＦ２とし、前記反射型ライトバルブへの入射光と反射型ライトバルブで反射され投写光学系に入射する光が成す角をθ１としたとき、
Ｆ１＞１／（２ｓｉｎ（θ１／２））、
Ｆ２＜１／（２ｓｉｎ（θ１／２））
の関係が成り立つことを特徴とする投写型画像表示装置。 - 光源と、前記光源からの光を所望の位置に集光する照明光学系と、前記照明光学系からの光を各画素毎に独立して制御可能な反射面を備えてなり、この反射面傾き角を制御することで入射光の変調可能をおこなう反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブ上の画素を拡大投写する投写光学系と、前記照明光学系と反射型ライトバルブ間に配置されたシュリーレン光学系とを備え、
前記シュリーレン光学系はシュリーレンバーとシュリーレンレンズから構成され、
前記照明光学系は光源からの光を部分光に分割して２次光源像を形成する第１レンズアレイと、前記２次光源像形成位置にマイクロレンズを複数配置してなる第２レンズアレイからなるインテグレータ光学系であり、前記第２レンズアレイの全体形状は前記反射型ライトバルブへの入射光軸と反射型ライトバルブの反射光軸を含む面方向に相当する方向の寸法がこれに直交する方向の寸法より短い形状であり、
さらに前記シュリーレンバーへの前記照明光学系のＦナンバーのうち反射型ライトバルブへの入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向についてのＦナンバーをＦ３、これに直交する方向のＦナンバーをＦ４とし、前記反射型ライトバルブへの入射光と、前記反射型ライトバルブで反射され前記投写光学系に入射する光が成す角をθ２としたときに、ｓｉｎ -1 （Ｆ４／２）とθ２／２＋ｓｉｎ -1 （Ｆ３／２）がほぼ等しくなる関係が成り立つことを特徴とする投写型画像表示装置。
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