JP4175442B2 - 投射型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１枚の液晶ライトバルブを使用する、いわゆる単板式カラー投射型表示装置に関するものであり、特に、当該１枚の液晶ライトバルブに異なる方位からＲ光、Ｇ光及びＢ光のそれぞれの光束が当該液晶ライトバルブに照射され、当該ライトバルブを射出した各色光の変調光を投射しフルカラー表示を行う装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｒ光、Ｇ光及びＢ光をそれぞれ異なる方位から１枚の液晶ライトバルブに入射させ、当該ライトバルブを射出した各色光の変調光を合成して投射する装置として、特許公開公報平４−６０５３８号において提案された投射型表示装置が知られている。
【０００３】
この従来の投射型表示装置について、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、この従来の投射型表示装置を示す概略構成図である。図１２は、図１１に示す投射型表示装置のライトバルブを示す概略断面図である。
【０００４】
この従来の投射型表示装置では、ランプ１０１と当該ランプ１０１の背面に配置された球面鏡１０２とから構成された光源から射出された光源光は、整形レンズ１０３によって略平行な光束に整形される。この平行光束は、光軸上に配置されたＲ光反射ダイクロイックミラー１０４Ｒ、Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０４Ｇ及びＢ光反射ダイクロイックミラー１０４Ｂからなる色分解光学系に、ダイクロイックミラー１０４Ｒに対する入射角が４５度前後となるように入射される。ダイクロイックミラー１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂは、紙面に垂直をなすとともに相互に数度の所定の角度をなすように配置されている。Ｒ光反射ダイクロイックミラー１０４Ｒによって反射されたＲ光、Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０４Ｇによって反射されたＧ光、及びＢ光反射ダイクロイックミラー１０４Ｂにて反射されたＢ光は、それぞれ異なる角度でもって、液晶パネル１２０及びそれに付設されているマイクロレンズアレイ１１０からなるライトバルブに入射される。
【０００５】
図１２に示すように、液晶パネル１２０は、２枚の透明なガラス基板１２４，１２５間に液晶１２３が封入されて構成される。この液晶１２３は、例えば、ＩＴＯ膜から成る対向電極１２２と、マトリクス状に配置されたＩＴＯ膜から成る画素電極１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂとによって挟持され、この電極間の電界に応じて制御される。これら画素電極１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂは、図示しないが、走査線及び信号線に薄膜トランジスタを介して電気的に接続されている。なお、図１２においては、液晶パネル１２０の構成要素である偏光板、配向膜等は省略されている。
【０００６】
前述したようにそれぞれ異なる所定の角度を有して図１１及び図１２に示すようにマイクロレンズアレイ１１０のマイクロレンズに入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光は、それぞれ各色画素に集光して入射される。各色画素に入射した各色光は、各画素において、各画素信号に基づいて変調され、外方へ出射される。そして、フィールドレンズ１０５を経て、投射レンズ１０６にてスクリーン１０７上に投射され、フルカラーの画像表示がなされる。なお、液晶ライトバルブの画素毎にＴＦＴやＭＩＭ等の非線形スイッチング素子を配置し、これを選択スイッチングさせることにより前記信号により変調を行うことで、隣接画素間でクロストークのない良好な画像表示が達成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、投射型表示装置においては、その投射像の大画面化が進んでいる。そして、それに伴い、前述した従来の投射型表示装置の投射する投射像の明るさでは決して十分なものではなくなってきており、更なる高輝度化が要望されている。
【０００８】
前記従来の投射型表示装置において高輝度化を達成するためには、光源にて使用するランプとして高出力のものを使用すればよい。しかし、その場合、光源の発熱の問題に対処するための冷却法の確立など他の解決しなくてはならない問題が新たに出現してしまう。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、光源の出力を増大させなくても高輝度化を達成することができる、いわゆる単板方式の投射型表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、研究の結果、前記従来の投射型表示装置において、３枚のダイクロイックミラー１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂを所定平面（図１１中の紙面）に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度傾けて配置した特有の色分解光学系の構造に起因する特性に着目し、光源から発せられた光のうち投射像の形成に従来は有効に利用されていなかった光を有効に利用することができる構造を見出した。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
【００１１】
すなわち、前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による投射型表示装置は、光源からの光を、第１の色の光束、第２の色の光束及び第３の色の光束に色分解して、前記第１乃至第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向へそれぞれ射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記第１乃至第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向にそれぞれ対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射され、前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系と、を備える。前記色分解光学系は、所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなすようにかつ光入射側から順に配置された第１、第２及び第３のミラー面を備える。前記第１のミラー面は、前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第２のミラー面は、前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第３のミラー面は、前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有する。前記第１、第２及び第３の色の光束の各々を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束の第１の開口数であって、前記各ミラー面の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して垂直な面であって光軸を含む面における第１の開口数が、前記第１、第２及び第３の色の光束の各々を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する前記各光束の第２の開口数であって、前記基準平面に光学的に対応する前記平面に対して平行な面であって光軸を含む面における第２の開口数より大きくなるように、設定される。
【００１２】
前記色分解光学系は、前記従来の投射型表示装置と同様に３枚のダイクロイックミラーで構成してもよいし、そのうちの１枚を全反射ミラーで置き換えたものでもよいし、これらと等価な特性を有するようにプリズムの表面にダイクロイック膜を形成したものを組み合わせた構成としたものでもよい。この点は、後述する第２乃至第４の態様についても、同様である。
【００１３】
また、前記ライトバルブは、第１の色光を変調する第１の色画素と第２の色光を変調する第２の色画素と第３の色光を変調する第３の色画素とからなる複数の単位画素と、各色光を対応する色画素に選択的に集光する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイとを備えたものであってもよい。各色画素は、例えば、所定方向に長い長方形形状のものとすることができる。
【００１４】
なお、本明細書において、ある光束のある面（光軸を含む面）における開口数とは、当該光束の当該面における両側の最外光線のなす角度をいうものとする。
【００１５】
前記従来の投射型表示装置では、前述したように、前記技術常識に従って円形の開口を有する開口絞りを持ったリレーレンズ等が用いられていたので、前記第１の開口数と前記第２の開口数とが同一に設定されていたことになる。これに対して、前記第１の態様では、前記第１の開口数が前記第２の開口数より大きく設定されているので、その大きくした分だけ光源からの光をより多く取り込んで投射像の形成に有効に利用することができる。したがって、前記第１の態様によれば、光源の出力を増大させなくても、前記従来の投射型表示装置に比べて明るい投射像を得ることができ、高輝度化を達成することができる。
【００１６】
ところで、前記従来の投射型表示装置のように前記第１の開口数と前記第２の開口数とを同一に設定しても、これらの開口数を大きくすれば、その大きくした分だけ光源からの光をより多く取り込むことができるので、明るい投射像を得ることができるはずである。しかし、この場合には、ライトバルブを射出した変調光全体の光束の発散角が、光軸を含むいずれの方向の面においても大きくなってしまうことから、前記投射光学系として有効口径の大きいものを使用せざるを得ず、そのような有効口径の大きい投射光学系の実現が困難で実際には明るい投射像を得ることができないか、あるいは、当該投射光学系を得ることができても極めて高価なものにならざるを得ない。これに対し、前記第１の態様では、前記色分解光学系特有の構造、すなわち、前記第１、第２及び第３のミラー面が所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定角度をなしている点を巧みに利用しつつ、投射光学系の有効口径を増大させることなく、明るい投射像を得ることができるのである。すなわち、前記色分解光学系特有の構造に起因して、前記第１の開口数と前記第２の開口数が同一であれば、ライトバルブを射出した変調光全体の光束の前記角度に対応する方向の発散角（前記第１の開口数と各ミラー面のなす角度とに依存する）の方が、当該変調光全体の光束の前記角度に対応する方向と垂直な方向の発散角（前記第２の開口数に依存する）より大きくなる。前記第１の態様では、前記第１の開口数が前記第２の開口数より大きく設定されているので、前記第１の開口数を大きくすることなく前記第２の開口数を大きくすることができ、これにより、そもそも大きかった変調光全体の光束の前記角度に対応する方向の発散角を大きくすることなく、小さかった変調光全体の光束の前記角度に対応する方向と垂直な方向の発散角を大きくすることができ、両者の発散角を例えば同程度にすることができる。したがって、前記第１の態様によれば、投射光学系の有効口径を増大させなくても、明るい投射像を得ることができるのである。
【００１７】
本発明の第２の態様による投射型表示装置は、光源からの光を、第１の色の光束、第２の色の光束及び第３の色の光束に色分解して、前記第１乃至第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向へそれぞれ射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記第１乃至第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向にそれぞれ対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射され、前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系と、を備える。前記色分解光学系は、所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなすようにかつ光入射側から順に配置された第１、第２及び第３のミラー面を備える。前記第１のミラー面は、前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第２のミラー面は、前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第３のミラー面は、前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有する。前記第１の色の光束を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束と、前記第２の色の光束を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束と、前記第３の色の光束を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束とが、前記ライトバルブ上の同一位置に集光するもの毎に全体として形成する各全体光束の第３の開口数であって、前記各ミラー面の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して平行な面であって光軸を含む面における第３の開口数と、前記第１、第２及び第３の色の光束の各々を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束の第１の開口数であって、前記基準平面に光学的に対応する前記平面に対して垂直な面であって光軸を含む面における第１の開口数とが、略同じとなるように、設定される。
【００１８】
この第２の態様では、前記第３の開口数と前記第１の開口数とが略同じとされているので、ライトバルブを射出した変調光全体の光束の前記角度（各ミラー面のなす角度）に対応する方向の発散角と、当該変調光全体の光束の前記角度（各ミラー面のなす角度）に対応する方向と垂直な方向の発散角とが、略同じとなる。したがって、前記第１の態様に関して前述した説明からわかるように、前記色分解光学系特有の構造に基づき、従来に比べて明るい投射像を得ることができる。
【００１９】
本発明の第３の態様による投射型表示装置は、光源からの光を、第１の色の光束、第２の色の光束及び第３の色の光束に色分解して、前記第１乃至第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向へそれぞれ射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記第１乃至第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向にそれぞれ対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射され、前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系と、を備える。複数のレンズを有し前記光源からの光を複数の光束に分割する第１のレンズ板が、前記光源と前記色分解光学系との間に配置される。複数のレンズを有し前記第１のレンズ板にて分割された複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳させて照明させる第２のレンズ板が、前記第１のレンズ板と前記色分解光学系との間に配置される。前記色分解光学系は、所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなすようにかつ光入射側から順に配置された第１、第２及び第３のミラー面を備える。前記第１のミラー面は、前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第２のミラー面は、前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第３のミラー面は、前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有する。前記色分解光学系は、前記第２のレンズ板を射出した光を前記光源からの光として色分解する。前記第２のレンズ板における前記複数のレンズが配置されている領域の外形形状は、光軸に対して垂直な第４の方向の長さが、光軸及び前記第４の方向に対して垂直な第５の方向の長さより長い形状を持つ。前記第２のレンズ板は、前記各ミラー面の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して、前記第４の方向が垂直をなすように配置される。
【００２０】
前記外形形状は、例えば、長方形状であってもよいし、楕円形状等であってもよい。
【００２１】
この第３の態様は、前記第１及び第２の態様の具体例であり、ライトバルブに対する照明を行う光学系として、特開平３−１１１８０６号公報に開示されているような第１のレンズ板及び第２のレンズ板からなるいわゆるフライアイインテグレータを用い、前記第２のレンズ板の前記領域の外形形状を工夫した例である。
【００２２】
本発明の第４の態様による投射型表示装置は、光源からの光を、第１の色の光束、第２の色の光束及び第３の色の光束に色分解して、前記第１乃至第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向へそれぞれ射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記第１乃至第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向にそれぞれ対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射され、前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系と、を備える。前記光源からの光が入射され当該光を射出面から射出し当該射出面を実質的に平面光源とするロッドインテグレータが、前記光源と前記色分解光学系との間に配置される。前記ロッドインテグレータの前記射出面の像を前記ライトバルブ上に結像させて前記ライトバルブに対して臨界照明を行うリレーレンズが、前記ロッドインテグレータと前記ライトバルブとの間に配置される。前記色分解光学系は、所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなすようにかつ光入射側から順に配置された第１、第２及び第３のミラー面を有する。前記第１のミラー面は、前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第２のミラー面は、前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第３のミラー面は、前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有する。前記色分解光学系は、前記ロッドインテグレータからの射出光を前記光源からの光として色分解する。前記リレーレンズはその瞳の位置には開口絞りを有し、該開口絞りの開口の形状は、光軸に対して垂直な第４の方向の長さが、光軸及び前記第４の方向に対して垂直な第５の方向の長さより長い形状を持つ。前記開口絞りは、前記各ミラー面の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して、前記第４の方向が垂直をなすように配置される。
【００２３】
この第４の態様は、前記第１及び第２の態様の具体例であり、ライトバルブに対する照明を行う光学系として、臨界照明を行うロッドインテグレータ及びリレーレンズを用い、前記リレーレンズの開口絞りの開口形状を工夫した例である。
【００２４】
本発明の第５の態様による投射型表示装置は、照明用の光を発生する光源と、光軸を含む所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなす複数のミラー面を有し、当該複数のミラー面によって前記光源からの光を複数の色の光束に色分解して各色の光束を互いに異なる所定の方向に射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記複数の色の光束がそれぞれ前記所定の方向に対応する方向から集光して入射した際に、入射した前記複数の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束のそれぞれについての前記所定平面に対して平行な面上であって光軸に対して垂直な方向における開口数を第１開口数とし、前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束のそれぞれについての前記所定平面に対して垂直な面上であって光軸に対して垂直な方向における開口数を第２開口数としたとき、前記第１開口数を対応する前記第２開口数よりも小さくする開口数調整手段と、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系とを備えたものである。
【００２５】
本発明の第６の態様による投射型表示装置は、前記第５の態様による投射型表示装置において、前記開口数調整手段は、複数のレンズを有し前記光源からの光を複数の光束に分割する第１のレンズ板と、複数のレンズを有し前記第１のレンズ板にて分割された複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳させて照明させる第２のレンズ板とを備えたものである。
【００２６】
本発明の第７の態様による投射型表示装置は、前記第６の態様による投射型表示装置において、前記第２のレンズ板は、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向の長さが、前記所定平面に垂直な方向の長さよりも短いものである。
【００２７】
本発明の第８の態様による投射型表示装置は、前記第７の態様による投射型表示装置において、前記第１のレンズ板は、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向の長さが、前記所定平面に垂直な方向の長さと略等しいものである。
【００２８】
本発明の第９の態様による投射型表示装置は、前記第５の態様による投射型表示装置において、前記開口数調整手段は、前記光源からの光を平面光源とするロッドインテグレータと、前記平面光源の像を前記ライトバルブに投影するリレーレンズと、前記リレーレンズの瞳位置に配置される開口絞りとを備えたものである。
【００２９】
本発明の第１０の態様による投射型表示装置は、前記第９の態様による投射型表示装置において、前記開口絞りの開口は、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向の長さが、前記所定平面に垂直な方向の長さよりも短い形状を持つものである。
【００３０】
本発明の第１１の態様による投射型表示装置は、前記第６の態様による投射型表示装置において、前記複数のミラー面は、前記光源からの光を、第１、第２及び第３の色の光束に色分解してこれら第１、第２及び第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向にそれぞれ射出する第１、第２及び第３のミラー面であり、前記第１のミラー面は、前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第２のミラー面は、前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第３のミラー面は、前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有し、前記ライトバルブは、前記第１、第２及び第３のミラー面を出射した前記第１、第２及び第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向に対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射した際に、入射した前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調するものである。
【００３１】
本発明の第１２の態様による投射型表示装置は、前記第１１の態様による投射型表示装置において、前記開口数調整手段は、前記第１、第２及び第３の色の光束の各々を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束の第１の開口数であって、前記第１、第２及び第３のミラー面の各々の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して垂直な面であって光軸を含む面における第１の開口数を、前記第１、第２及び第３の色の光束の各々を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する前記各光束の第２の開口数であって、前記基準平面に光学的に対応する前記平面に対して平行な面であって光軸を含む面における第２の開口数より大きくしたものである。
【００３２】
本発明の第１３の態様による投射型表示装置は、前記第９の態様による投射型表示装置において、前記複数のミラー面は、前記光源からの光を、第１、第２及び第３の色の光束に色分解してこれら第１、第２及び第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向にそれぞれ射出する第１、第２及び第３のミラー面であり、前記第１のミラー面は、前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第２のミラー面は、前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第３のミラー面は、前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有し、前記ライトバルブは、前記第１、第２及び第３のミラー面を出射した前記第１、第２及び第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向に対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射した際に、入射した前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調するものである。
【００３３】
本発明の第１４の態様による投射型表示装置は、前記第１３の態様による投射型表示装置において、前記開口絞りは、前記第１、第２及び第３のミラー面の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して垂直な第４の方向の長さが、光軸及び前記第４の方向に対して垂直な第５の方向の長さより長い形状を持つものである。
【００３４】
本発明の第１５の態様による投射型表示装置は、照明用の光を発生する光源と、光軸を含む所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなす複数のミラー面を有し、当該複数のミラー面によって前記光源からの光を複数の色の光束に色分解して各色の光束を互いに異なる所定の方向に射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記複数の色の光束がそれぞれ前記所定の方向に対応する方向から集光して入射した際に、入射した前記複数の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束のそれぞれについての前記所定平面に対して平行な面上であって光軸に対して垂直な方向における開口数を第１開口数とし、前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束の全体としての前記所定平面に対して垂直な方向における開口数を第２開口数としたとき、前記第１開口数のそれぞれを前記第２開口数と略等しくする開口数調整手段と、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系とを備えたものである。
【００３５】
本発明の第１６の態様による投射型表示装置は、前記第１５の態様による投射型表示装置において、前記開口数調整手段は、複数のレンズを有し前記光源からの光を複数の光束に分割する第１のレンズ板と、複数のレンズを有し前記第１のレンズ板にて分割された複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳させて照明させる第２のレンズ板とを備えたものである。
【００３６】
本発明の第１７の態様による投射型表示装置は、前記１５の態様による投射型表示装置において、前記開口数調整手段は、前記光源からの光を平面光源とするロッドインテグレータと、前記平面光源の像を前記ライトバルブに投影するリレーレンズと、前記リレーレンズの瞳位置に配置される開口絞りとを備えたものである。
【００３７】
本発明の第１８の態様による投射型表示装置は、照明用の光を発生する光源と、光軸を含む所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなす複数のミラー面を有し、当該複数のミラー面によって前記光源からの光を複数の色の光束に色分解して各色の光束を互いに異なる所定の方向に射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記複数の色の光束がそれぞれ前記所定の方向に対応する方向から集光して入射した際に、入射した前記複数の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、複数のレンズを有し前記光源からの光を複数の光束に分割する第１のレンズ板と、複数のレンズを有し前記第１のレンズ板にて分割された複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳させて照明させる第２のレンズ板とを有するとともに、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向に関し、前記第１のレンズ板の屈折力が前記第２のレンズ板の屈折力よりも大である開口数調整手段と、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系とを備えたものである。
【００３８】
本発明の第１９の態様による投射型表示装置は、前記第１８の態様による投射型表示装置において、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向に関する前記第２のレンズ板に対する前記第１のレンズ板の屈折力の差は、前記所定平面に垂直な方向に関する前記第２のレンズ板に対する前記第１のレンズ板の屈折力の差よりも大きいものである。
【００３９】
本発明の第２０の態様による投射型表示装置は、照明用の光を発生する光源と、光軸を含む所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなす複数のミラー面を有し、当該複数のミラー面によって前記光源からの光を複数の色の光束に色分解して各色の光束を互いに異なる所定の方向に射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記複数の色の光束がそれぞれ前記所定の方向に対応する方向から集光して入射した際に、入射した前記複数の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、複数のレンズを有し前記光源からの光を複数の光束に分割する第１のレンズ板と、複数のレンズを有し前記第１のレンズ板にて分割された複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳させて照明させる第２のレンズ板とを有するとともに、前記所定平面に垂直な方向に関し、前記第１のレンズ板の屈折力が前記第２のレンズ板の屈折力よりも小である開口数調整手段と、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系とを備えたものである。
【００４０】
本発明の第２１の態様による投射型表示装置は、前記第２０の態様による投射型表示装置において、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向に関する前記第２のレンズ板に対する前記第１のレンズ板の屈折力の差は、前記所定平面に垂直な方向に関する前記第２のレンズ板に対する前記第１のレンズ板の屈折力の差よりも大きいものである。
【００４１】
本発明の第２２の態様による投射型表示装置は、照明用の光を発生する光源と、光軸を含む所定平面に対して垂直に配置され前記光源からの光を複数の色の光束に分離する色分解面を含む色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記光束のそれぞれを変調するライトバルブと、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系とを備えた投射型表示装置において、前記色分解光学系は、前記ライトバルブ上に導かれる前記複数の光束のそれぞれについての前記所定平面に対して平行な面上であって光軸に対して垂直な方向における開口数を第１開口数とし、前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束のそれぞれについての前記所定平面に対して垂直な面上であって光軸に対して垂直な方向における開口数を第２開口数としたとき、前記第１開口数を対応する前記第２開口数よりも小さくする開口数調整手段と、を備えたものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による投射型表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４３】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態による投射型表示装置について、図１〜図７を参照して説明する。
【００４４】
図１は、本実施の形態による投射型表示装置を示す概略斜視図であり、光線の様子も示している。なお、説明の便宜上、図１に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する（後述する他の図も同様）。
【００４５】
本実施の形態による投射型表示装置では、光源１は、図示しないランプと、当該ランプの背部に配置した凹面鏡である放物面鏡とから構成されている。光源１から射出された光源光は、凹面鏡として放物面鏡を使用していることより、略平行光束として、光軸と平行な方向であるＸ方向に進行し、光軸上に配置された表面に複数のレンズ２ａを平面的に配置した第１のレンズ板２と光軸上に配置された表面に複数のレンズ３ａを配置した第２のレンズ板３とから構成された、いわゆるフライアイインテグレータに入射される。
【００４６】
本実施の形態では、前記第１のレンズ板２上のレンズ２ａと第２のレンズ板３上のレンズ３ａは同じ配列（本実施の形態においては５×６の配列になっている）にて配置されているが、それらのレンズ２ａ，３ａの外形形状（輪郭形状）と曲率等の各レンズ形状は異なっている。これは、第１のレンズ板２上のレンズ２ａと第２のレンズ板３上のレンズ３ａとはその目的とする機能が後述するように異なるからである。
【００４７】
第１のレンズ板２上の個々のレンズ２ａの有効レンズ領域の外形形状は、後述する長方形形状を有するライトバルブ７の有効表示領域の外形形状と比例した長方形状となっており、両者の縦横比率は等しく設定されている。
【００４８】
さらに、第１のレンズ板２上の各レンズ２ａの曲率等のレンズ形状は、当該レンズ２ａに略平行に入射した平行光束が第２のレンズ板３上の当該レンズ２ａと対応するレンズ３ａに集光するように、すなわち、当該レンズ２ａの焦点距離の位置に当該レンズ２ａに対応するレンズ３ａが位置するように、定められている。
【００４９】
第２のレンズ板３上のレンズ３ａは、対応する第１のレンズ板２上のレンズ２ａ上の輝点を後記する被照明体であるライトバルブ７上の共役点に結像するように定められている。つまり、第１のレンズ板２上のレンズ２ａはそれぞれ複数の平面光源と見なすことができ、当該レンズ面を第２のレンズ板３の対応するレンズ３ａによってライトバルブ７上に拡大照明することになり、第１のレンズ板２上のレンズ２ａの数だけライトバルブ７上に重畳して照明することとなるのである。
【００５０】
以上の説明からわかるように、第１のレンズ板２は光源からの光を複数のレンズ２ａによってその数の光束に分割し、第２のレンズ板３は、第１のレンズ板２にて分割された複数の光束をライトバルブ７上に重畳させて照明させることになる。
【００５１】
そして、本実施の形態では、第２のレンズ板３の全体形状（すなわち、本実施の形態では、第２のレンズ板３における複数のレンズ３ａが配置されている領域の形状）が、縦（Ｚ方向の長さ）と横（Ｙ方向の長さ）との寸法比を略２対１とした長方形状とされている。なお、従来のフライアイインテグレータでは、第２の板の全体形状は正方形とされている。もっとも、本発明では、第２のレンズ板３の全体形状はＺ方向に長軸を有する楕円形状等にしてもよい。
【００５２】
第２のレンズ板３上のレンズ３ａに集光された対応する第１のレンズ板２上のレンズ２ａを射出した光は、当該レンズ３ａを射出した後、フィールドレンズ２１を経由して、色分解光学系を構成するＲ光反射ダイクロイックミラー４、Ｇ光反射ダイクロイックミラー５及びＢ光反射ダイクロイックミラー６に入射される。ダイクロイックミラー４，５，６は、それぞれ光軸上にＸＹ平面に対して垂直をなすとともに互いに数度程度の所定角度をなすようにかつ光入射側から順に配置されている。Ｒ光反射ダイクロイックミラー４のミラー面は、Ｒ光を反射させるとともにＧ光及びＢ光を透過させるダイクロイック特性を有している。Ｇ光反射ダイクロイックミラー５のミラー面は、Ｇ光を反射させるとともにＢ光を透過させるダイクロイック特性を有している。Ｂ光反射ダイクロイックミラー６のミラー面は、Ｂ光を反射させるダイクロイック特性を有している。もっとも、Ｂ光反射ダイクロイックミラー６に代えて全反射ミラーを用いてもよい。また、前記色分解光学系は、これらと等価な特性を有するようにプリズムの表面にダイクロイック膜を形成したものを組み合わせた構成としたものでもよい。
【００５３】
前記色分解光学系に入射した光のうちのＲ光波長領域の光は、ダイクロイックミラー４によって反射され、ライトバルブ７に入射される。ダイクロイックミラー４を透過した光のうちのＧ光波長領域の光は、ダイクロイックミラー５によって反射され、前記ダイクロイックミラー４を透過してライトバルブ７に入射される。ダイクロイックミラー５を透過したＢ光波長領域光は、ダイクロイックミラー６によって反射され、ダイクロイックミラー５，４を透過してライトバルブ７に入射される。ライトバルブ７に入射された光束はライトバルブ７によって変調されて射出され、当該射出した投射光は投射レンズ２２に入射され、図示しないスクリーン上に投射される。
【００５４】
以下、ライトバルブ７への光束を説明するのに、図１に示すように、当該光束を、Ｙ軸に平行でかつ光軸を含む面内に現れる光束▲１▼と、Ｚ軸に平行でかつ光軸を含む面内に現れる光束▲２▼とに分けて説明する。光束▲１▼と光束▲２▼とは同一光束の見方を変えたものである。
【００５５】
なお、各ダイクロイックミラー４，５，６の法線とダイクロイックミラー４への入射直前（すなわち、色分解光学系への入射直前）における光軸とがなす平面であって、当該入射直前における光軸を含む平面を、基準平面と定義する。本実施の形態では、基準平面は、ＸＹ平面と平行でかつダイクロイックミラー４への入射直前における光軸（Ｘ軸と平行）を含む平面となる。本実施の形態では、光軸はいずれの箇所においてもＸＹ平面と平行な一平面内に含まれるので、前記基準平面に光学的に対応する平面は、光軸のいずれの箇所においてもＸＹ平面となる。しかしながら、例えば、ダイクロイックミラー４とライトバルブ７との間に光軸を−Ｚ方向に折り曲げる折り曲げミラーを挿入したような場合のように、光軸が３次元状をなすような場合には、光軸のそれぞれの箇所において、前記基準平面に光学的に対応する平面は異なってくる。基準平面に光学的に対応する平面は、光軸を光学的に等価となるように一直線状に展開したときに前記基準平面に相当する平面である。
【００５６】
このような定義に従えば、前記光束▲１▼は、前記基準平面に光学的に対応する平面に対して平行な面であって光軸を含む面に現れる光束であり、前記光束▲２▼は、前記光束の前記基準平面に光学的に対応する平面に対して垂直な面であって光軸を含む面に現れる光束である。また、第２のレンズ板３は、前記基準平面に光学的に対応する平面に対して、長方形状の全体形状の長辺の長さ方向（Ｚ方向）が垂直をなすように、配置されていることになる。
【００５７】
ここで、第１のレンズ板２及び第２のレンズ板３を経由した光がライトバルブ７に至るまでの様子を示す光線図を図２に示し、これについて詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図２では、光源１、フィールドレンズ２１及び色分解光学系４，５，６の図示を省略したため、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のうちの一つの色光についてその光線を記載したものとなっている。
【００５８】
図２（ａ）は図１において−Ｚ方向に眺めた前記光束▲１▼を示す光線図であり、図２（ｂ）は図１において−Ｙ方向に眺めた前記光束▲２▼を示す光線図である。
【００５９】
図２（ａ）に示すように、前述した第１及び第２のレンズ板２，３の説明からわかるように、第１のレンズ板２の各レンズ２ａの光点から射出した光束は、対応する第２のレンズ板３上のレンズ３ａによってライトバルブ７上の共役点に結像され、ライトバルブ７に対して臨界重畳照明が達成される。図２（ａ）中の光線ｉ１，ｉ２は最も外側の光線を示しており、この両光線ｉ１，ｉ２のなす角度が、ライトバルブ７照明の前記光束▲１▼の開口数ＮＡ１を構成する。この説明からわかるように、当該開口数ＮＡ１は、第２のレンズ板３の短辺の長さと、当該第２のレンズ板３とライトバルブ７との間の距離とによって決定される。ライトバルブ７に入射した開口数ＮＡ１を有する光束は、後述するように、ライトバルブ７を構成するマイクロレンズアレイ３０及び液晶パネル４０を経由して、投射光として図２（ａ）に示す開口数ＮＡ２を有して射出される。
【００６０】
図２（ａ）からも明らかなように、第１のレンズ板２は、全体として正の屈折力を有し、各レンズ２ａの働きを無視すれば、光束▲１▼を全体としてＦ点に収束させる働きを有する。第２のレンズ板３は、各レンズ３ａの働きを無視すれば、全体として負の屈折力を有し、第１のレンズ板２からの光束▲１▼を全体としてライトバルブ７上に収束させる働きを有する。結果として、光束▲１▼に関しては、第１のレンズ板２の屈折力が第２のレンズ板３の屈折力よりも大となっている。つまり、以下に詳述するが、光束▲１▼の開口数を光束▲２▼の開口数よりも小さくすることができ、光束▲１▼を色分解後に実際にライトバルブ７に入射させる際の全体としての開口数を光束▲２▼の開口数とほぼ等しくすることができる。
【００６１】
図２（ｂ）は図１において−Ｙ方向に眺めた図であるが、前述したように第２のレンズ板３の高さは巾の略２倍の長さを有しているために、図２（ｂ）に示す第２のレンズ板３の長辺の長さは図２（ａ）に示す第２のレンズ板３の短辺の長さの略２倍となっている。
【００６２】
図２（ｂ）に示すように、第１のレンズ板２のそれぞれのレンズ２ａの各光点は、対応する第２のレンズ板３のレンズ３ａによってライトバルブ７上に結像され、ライトバルブ７に対して重畳照明が達成される。図２（ｂ）中の光線ｉ３，ｉ４は最も外側の光線を示しており、この両光線ｉ３，ｉ４のなす角度が、前記光束▲２▼の開口数ＮＡ３を構成する。当該開口数ＮＡ３は、第２のレンズ板３の長辺の長さと、当該第２のレンズ板３とライトバルブ７との間の距離とによって決定される。したがって、当該開口数ＮＡ３は前記開口数ＮＡ１より大きい。ライトバルブ７に入射した開口数ＮＡ３を有する光束は、後述するように、ライトバルブ７を経由して、投射光として図２（ｂ）に示す開口数ＮＡ４を有して射出される。
【００６３】
図２（ｂ）からも明らかなように、第１のレンズ板２は、全体としてほぼゼロの屈折力を有し、各レンズ２ａの働きを無視すれば、光束▲２▼を全体として収束させる働きを有しない。第２のレンズ板３は、各レンズ３ａの働きを無視すれば、全体として正の屈折力を有し、第１のレンズ板２からの光束▲２▼を全体としてライトバルブ７上に収束させる働きを有する。結果として、光束▲２▼に関しては、第１のレンズ板２の屈折力が第２のレンズ板３の屈折力よりも小となっている。つまり、以下に詳述するが、光束▲２▼の開口数を光束▲１▼の開口数よりも大きくすることができ、光束▲１▼を色分解後に実際にライトバルブ７に入射させる際の全体としての開口数を光束▲２▼の開口数とほぼ等しくすることができる。
【００６４】
なお、以上の説明では、光束▲１▼の面に関し第１のレンズ板２の屈折力を第２のレンズ板３の屈折力よりも大とし、光束▲２▼の面に関し第１のレンズ板２の屈折力が第２のレンズ板３の屈折力よりも小とするが、光束▲１▼の面について第２のレンズ板３に対する第１のレンズ板２の屈折力の差を、光束▲２▼の面について第２のレンズ板３に対する第１のレンズ板２の屈折力の差よりも相対的に大きくすれば、光束▲１▼を色分解後に実際にライトバルブ７に入射させる際の全体としての開口数を光束▲２▼の開口数とほぼ等しくすることができる。
【００６５】
図３及び図４は、図２（ａ）（ｂ）に更にフィールドレンズ２１及び色分解光学系４，５，６及び投射光学系としての投射レンズ２２を加えた本実施の形態による投射型表示装置の光線図である。図３は図１において−Ｚ方向に眺めた前記光束▲１▼を示す光線図、図４は図１において−Ｙ方向に眺めた前記光束▲２▼を示す光線図である。なお、図４においては、投射レンズ２２の図示は省略した。また、図３及び図４には、光軸上の光束の他に、光軸をはずれた位置における光束も図示した。
【００６６】
図３において、第２のレンズ板３を射出した光軸上の光束▲１▼は、前図２（ａ）にも示すように開口数ＮＡ１を有して進行し、フィールドレンズ２１を経由して前記ダイクロイックミラー４，５，６から構成される色分解光学系に入射され、Ｒ光は、ダイクロイックミラー４によって反射されて開口数ＮＡ１を有してライトバルブ７に集光して入射される。同様に、Ｇ光は、ダイクロイックミラー５によって反射されて開口数ＮＡ１を有してライトバルブ７に集光して入射される。同様に、Ｂ光は、ダイクロイックミラー６によって反射されて開口数ＮＡ１を有してライトバルブ７に集光して入射される。
【００６７】
この各ダイクロイックミラー４，５，６のそれぞれの傾き角度は、当該色分解光学系４，５，６によって色分解され、開口数ＮＡ１を有してライトバルブ７上の同一位置に進行して集光する各色の混合光全体の光束▲１▼の構成する開口数ＮＡ５（図３中の最も外側の光線ｉ５，ｉ６がなす角度）が、図２（ｂ）中の光束▲２▼の開口数ＮＡ３に略一致するように、定められている。各色光として開口数ＮＡ１を有するとともに混合光全体として開口数ＮＡ５（開口数ＮＡ３と略一致）を有する光束▲１▼は、各色光としては開口数ＮＡ２を有するが混合光束全体としては開口数ＮＡ６を有してライトバルブ７から投射光として射出される。開口数ＮＡ５が開口数ＮＡ３と略一致していることから、開口数ＮＡ６も開口数ＮＡ４と略一致している。
【００６８】
図３には、２つの軸外光束に関しても記述している。各軸外光束は、同様に開口数ＮＡ１を有しており、フィールドレンズ２１によってその主光線が光軸に平行とされ、すなわちテレセントリック性を維持するようにされて、色分解光学系４，５，６に入射され、前述した光軸光束と同じように、各色全体の光束としては開口数ＮＡ５を有してライトバルブ７上にそれぞれ対応する位置に集光され、当該ライトバルブ７を開口数ＮＡ６にて射出される。
【００６９】
図４は、−Ｙ方向に眺めた光線図を示している。第２のレンズ板３から射出した光束▲２▼は、図２（ｂ）に示したように開口数ＮＡ３を有して進行し、色分解光学系４，５，６にて色分解されて形成された各色光共に、開口数ＮＡ３を有したまま図４中の紙面に垂直なＹ方向に進行して、ライトバルブ７の所定位置に集光され、当該ライトバルブ７を開口数ＮＡ４を有して射出される。
【００７０】
ここで、ライトバルブ７及びその付近の光線の様子について、図５〜図７を参照して説明する。
【００７１】
図５は、図１に示すライトバルブ７をＸＹ面に平行な面にて切断した当該ライトバルブ７の−Ｚ方向に眺めた概略断面図である。図５には、ライトバルブ７付近における前記光束▲１▼の様子も示している。
【００７２】
本実施の形態では、ライトバルブ７は、マイクロレンズアレイ３０と液晶パネル４０とを接着して構成したものである。マイクロレンズアレイ３０は、図５に示すように、基板３１にマイクロレンズ３２をアレイ状に形成することにより作製されている。液晶パネル４０は、ガラス基板４４、ＩＴＯ膜から成る対向電極４２、図示しないが配向膜を介して配置される液晶層４３、図示しないが配向膜を介してマトリクス状に配置される例えばＩＴＯ膜からなるＲ光用画素電極４１Ｒ、Ｇ光用画素電極４１Ｇ、Ｂ光用画素電極４１Ｂ及びガラス基板４５から構成される。各色光用画素電極４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ、対向する液晶層４３及び対向電極４２によりそれぞれの色の画素を構成する。なお、図５においては、液晶パネル４０の構成要素である偏光板、配向膜等は省略されている（後述する図６も同様）。
【００７３】
図７には、表面から見た（すなわち、Ｙ方向に見た）当該各色光用信号画素４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ及び前記マイクロレンズ３２を示す。この図に示すように各色光用画素電極４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂは長方形状を示しており、マイクロレンズ３２はその外形として略正方形状を有しており、一つのマイクロレンズ３２がＲ，Ｇ，Ｂ光用信号電極（各色光用画素）各一個ずつをその下部に配置した構成となっている。
【００７４】
再び図５を参照すると、前述したように、マイクロレンズアレイ部材３０の各マイクロレンズ３２には、当該レンズ３２によって形成される開口部にＢ光、Ｇ光、Ｒ光の光束▲１▼が所定の入射角にて、各色の光束としてそれぞれ開口数ＮＡ１を有し、かつ各色全体の光束として開口数ＮＡ５（開口数ＮＡ３と略一致）を有して、入射される。さらに、入射された各色光に関してはマイクロレンズ３２によってＲ光は電極４１ＲによるＲ光用画素に、Ｇ光は電極４１ＧによるＧ光用画素に、Ｂ光は電極４１ＧによるＢ光用画素に、それぞれ開口数ＮＡ２でもって集光され、それぞれ当該開口数ＮＡ２をもってライトバルブ７を射出し、全体として光束▲１▼は開口数ＮＡ６（開口数ＮＡ４と略一致）にて射出されることとなり、当該拡散光束は投射レンズ２２に入射される。
【００７５】
図６は、図１に示すライトバルブ７をＹＺ面に平行な面にて切断した当該ライトバルブ７の−Ｘ方向に眺めた概略断面図である。図６には、ライトバルブ７付近における前記光束▲２▼の様子も示している。この方向から眺めると、前述の説明からわかるように、同じ開口数ＮＡ３を有する各色の光束▲２▼が重なって見えるために、図６では、Ｒ，Ｇ，Ｂ光束のうちの中間に存在するＧ光束について記載している。ＹＺ平面においては開口数ＮＡ３を有するとともに、ＸＹ平面には前記のように開口数ＮＡ１を有してマイクロレンズ３２に入射するＧ光（Ｒ光、Ｂ光）は、各色光用画素電極４１Ｇ（４１Ｒ，４１Ｂ）に入射される。前述したように、各電極４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂは長方形状であるが、本実施の形態では、各色光が大きい開口数ＮＡ３を有して各画素に入射できるために、当該長さ方向全体に渡って明るい照明ができることが理解できる。さらに、各色入射光束は開口数ＮＡ４をもってライトバルブ７を射出することができ、前記各色全体光束▲１▼の開口数ＮＡ６と同じ開口数を有する光束として投射レンズ２２に入射できる。
【００７６】
従来の投射型表示装置に教示される所に従って、本実施の形態による投射型表示装置と同様の投射型表示装置を構成すると、図１中の第２のレンズ板３に代えて図１中の第２のレンズ板３の外形形状の短辺を一辺とする正方形状の外形形状を有する第２のレンズ板を用いるとともに、前述した第１のレンズ板２と第２のレンズ板３との関係から必然的に第１のレンズ板２も面積の小さいものに代えることになる。この場合、図６に示す各色光は小さい開口数ＮＡ１の値にて入射することとなり、各画素を長さ方向（Ｚ方向）全体に渡って明るく照明できず、その結果、明るい光を射出することができない。
【００７７】
本実施の形態では、投射レンズ２２は内部に開口絞り（円形の開口を有する）を有し、当該開口絞りによって入射光の開口数が前記ＮＡ４の値まで射出できる様に設計、製作することにより、同じ開口数を有する光束▲１▼及び光束▲２▼を入射、投射できることより明るい投射光を投射することができる。
【００７８】
従来の投射型表示装置の教示に従って構成する前記投射型表示装置であっては、当該投射レンズ２２が入射光束の開口数ＮＡ４の値まで投射できるように作製してあったとしても、前記のように光束▲１▼に関してはライトバルブ７への射出光束の開口数ＮＡ２の光束しか入射させることができず、その結果、明るい投射像を投射することはできない。
【００７９】
なお、本実施の形態において第２のレンズ板３の形状を２対１の縦横比を有する長方形としたが、それは、前述したように、当該短辺と長辺の長さによってそれぞれ決定される光束▲２▼の開口数ＮＡ３と、前記色分解光学系によって分解される各色光の全体の光束▲１▼の開口数ＮＡ５とをなるべく同じにして効率よく投射レンズ２２に入射させるように、前記複数のダイクロイックミラー４，５，６のそれぞれの成す角度が決定されているためである。この目的は、第２のレンズ板３の縦横の長さの比とダイクロイックミラー４，５，６の角度の値を変えても、達成することが可能である。したがって、第２のレンズ板３の寸法比は２対１に限定される必要は全くない。
【００８０】
なお、以上の説明からわかるように、本実施の形態では、前記開口数ＮＡ３が前記開口数ＮＡ１より大きく、前記開口数ＮＡ５と前記開口数ＮＡ３とが略同じとされている。前記開口数ＮＡ３は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の光束の各々を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束の開口数であって、前記基準平面（ＸＹ平面）と光学的に対応する平面（ＸＹ平面）に対して垂直な面であって光軸を含む面における開口数である。前記開口数ＮＡ１は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の光束の各々を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束の開口数であって、前記基準平面（ＸＹ平面）と光学的に対応する平面（ＸＹ平面）に対して平行な面であって光軸を含む面における開口数である。前記開口数ＮＡ５は、Ｒ光の光束を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束と、Ｇ光の光束を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束と、Ｂ光の光束を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束とが、ライトバルブ７上の同一位置に集光するもの毎に全体として形成する各全体光束（前述した混合光束）の開口数であって、前記基準平面（ＸＹ平面）に光学的に対応する平面（ＸＹ平面）に対して平行な面であって光軸を含む面における開口数である。
【００８１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態による投射型表示装置について、図８〜図１０を参照して説明する。
【００８２】
前記第１の実施の形態による投射型表示装置においては、いわゆるフライアイインテグレータを構成する第２のレンズ板３の形状を工夫することにより、明るい照明が達成できる構成となっていたが、本実施の形態においては、ロッドインテグレータ８とリレーレンズ２３とを使用した投射型表示装置とするものである。
【００８３】
図８は、本実施の形態による投射型表示装置を示す概略斜視図である。なお、本発明の実施の説明においても、前記第１の実施の形態と同様に、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図８に示す通り定義する。また、本実施の形態による投射型表示装置の要素のうち前記第１の実施の形態による投射型表示装置の要素と同一要素には、同一符号を付している。
【００８４】
本実施の形態による投射型表示装置では、光源１’は、図示しないランプと、当該ランプの背面に配置した凹面鏡である楕円鏡とから構成されている。光源１’から射出された光源光は、当該ランプが楕円鏡の第１焦点に配置されていることから、第２焦点に集光するように進行する。
【００８５】
当該第２焦点位置には、ライトバルブ７の有効表示領域の外形形状と比例した長方形状の断面形状を有し、所定の長さを有する直方体形状の光学ガラス等の透明光学部材から形成されたロッドインテグレータ８の入射端面が配置されている。
【００８６】
ロッドインテグレータ８の入射端面から入射した光源光は、その内面にて全反射を繰り返して入射端面と対向する射出面から射出される。このため、ロッドインテグレータ８の射出面には均一な光強度分布を有する平面光源が形成される。言い換えると、この射出面は、ロッドインテグレータ８の内面反射によってその入射面の位置に形成される複数の光源からの虚像によって重畳的に照明されていることとなり、上述のように均一面光源となる。
【００８７】
ロッドインテグレータ８の射出面から射出した光は、前群レンズ２３−２、後群レンズ２３−１及び瞳位置に配置された開口絞り２３−３とから構成されるリレーレンズ２３に入射する。当該リレーレンズ２３を射出した光は、フィールドレンズ２１を経由して、前記第１の実施の形態と同様な構成のＲ光反射ダイクロイックミラー４、Ｇ光反射ダイクロイックミラー５及びＢ光反射ダイクロイックミラー６から構成される色分解光学系に入射され、当該色分解光学系にて分解反射された各色光は、所定の方向に進行してライトバルブ７に入射される。リレーレンズ２３は、ロッドインテグレータ８の射出面の像をライトバルブ７上に形成させて、ライトバルブ７に対して臨界照明を行う。ライトバルブ７に入射された光束はライトバルブ７によって変調されて射出され、当該射出した投射光は投射レンズ２２に入射され、図示しないスクリーン上に投射される。
【００８８】
そして、本実施の形態では、リレーレンズ２３の開口絞り２３−３は、縦横寸法比を略２対１とした長方形状の開口２３ａを有している。もっとも、本発明では、開口２３ａの形状は楕円形状などの長丸としてもよい。
【００８９】
本実施の形態の説明においても、前記第１の実施の形態と同様に、ライトバルブ７への光束を説明するのに、図８に示すように、当該光束を、Ｙ軸に平行でかつ光軸を含む面内に現れる光束▲１▼と、Ｚ軸に平行でかつ光軸を含む面内に現れる光束▲２▼とに分けて説明する。光束▲１▼と光束▲２▼とは同一光束の見方を変えたものである。
【００９０】
なお、前記第１の実施の形態の説明において述べたように、各ダイクロイックミラー４，５，６の法線とダイクロイックミラー４への入射直前（すなわち、色分解光学系への入射直前）における光軸とがなす平面であって、当該入射直前における光軸を含む平面を、基準平面と定義する。また、基準平面に光学的に対応する平面は、光軸を光学的に等価となるように一直線状に展開したときに前記基準平面に相当する平面とする。
【００９１】
このような定義に従えば、前記光束▲１▼は、前記基準平面に光学的に対応する平面に対して平行な面であって光軸を含む面に現れる光束であり、前記光束▲２▼は、前記光束の前記基準平面に光学的に対応する平面に対して垂直な面であって光軸を含む面に現れる光束である。また、リレーレンズ２３の開口絞り２３−３は、前記基準平面に対応する平面（ＸＹ平面）に対して、当該開口絞り２３−３の長方形状の開口２３ａの長辺の長さ方向（Ｚ方向）が垂直をなすように、配置されていることになる。
【００９２】
図９は、本実施の形態による投射型表示装置の光線図であり、図８において−Ｚ方向に眺めた前記光束▲１▼を示す光線図である。図９に示すように、ロッドインテグレータ８の射出面の中央部の光軸上の光点から射出した光束▲１▼は、リレーレンズ２３に入射し、その開口絞り２３−３の開口２３ａの短辺の長さにて決定される開口数ＮＡ１を有して当該リレーレンズ２３を射出し、ライトバルブ７の光軸上に集光される。
【００９３】
各色光束とも前記開口数ＮＡ１を有し、色分解光学系４，５，６にて色分解された各色光の合成光束の開口数ＮＡ５が後述する開口数ＮＡ３に略一致するように、色分解光学系を構成する各ダイクロイックミラー４，５，６の傾き角度が決定されていることは前記第１の実施の形態と同様である。
【００９４】
ロッドインテグレータ８の射出面の図９に示す上部の光点から射出された光束▲１▼は、リレーレンズ２３に入射し、当該リレーレンズ２３から開口数ＮＡ１を有して光軸に対してＹ方向にずれて進行し、フィールドレンズ２１によってその主光線が光軸に平行とされて、色分解光学系４，５，６に入射され、当該色分解光学系４，５，６にて色分解された各色光は開口数ＮＡ１を有し、各色全体の光束としては開口数ＮＡ５を有してライトバルブ７上の最もＸ側（図９中の左側）に集光され、当該ライトバルブ７を開口数ＮＡ６にて射出される。
【００９５】
ロッドインテグレータ８の射出面の図９に示す下部の光点から射出された光束は、リレーレンズ２３に入射し、当該リレーレンズ２３から開口数ＮＡ１を有して光軸に対して−Ｙ方向にずれて進行し、フィールドレンズ２１によってその主光線が光軸に平行とされて、色分解光学系４，５，６に入射され、当該色分解光学系４，５，６にて分解された各色光は開口数ＮＡ１を有し、各色全体の光束としては開口数ＮＡ５を有してライトバルブ７上の最も−Ｘ側（図９中の右側）に集光される。
【００９６】
以上のようにしてライトバルブ７に入射した各色光としては開口数ＮＡ１を有するが各色全体の光束としては開口数ＮＡ５を有する光束▲１▼は、前記第１の実施の形態の図５に関する説明と同様に、各色光としては開口数ＮＡ２（図示せず）を有するが各色全体の光束としては開口数ＮＡ６を有してライトバルブ７から投射光として射出され、投射レンズ２２に入射される。
【００９７】
図１０は、本実施の形態による投射型表示装置の光線図であり、−Ｙ方向に眺めた前記光束▲２▼を示す光線図である。図１０に示すように、ロッドインテグレータ８の射出面の中央部の光軸上の光点から射出した光束▲２▼は、リレーレンズ２３に入射し、その開口絞り２３−３の開口２３ａの長辺の長さにて決定される開口数ＮＡ３（前記開口数ＮＡ１より大きい）を有して当該リレーレンズ２３を射出し、ライトバルブ７の光軸上に集光される。
【００９８】
ロッドインテグレータ８の射出面の図１０に示す下部の光点から射出された光束▲２▼は、リレーレンズ２３に入射し、当該リレーレンズ２３から開口数ＮＡ３を有して光軸に対してＺ方向にずれて進行し、フィールドレンズ２１によってその主光線が光軸に平行とされて、色分解光学系４，５，６に入射され、当該色分解光学系４，５，６にて色分解された各色光は開口数ＮＡ３を有してライトバルブ７上に集光される。
【００９９】
ライトバルブ７に入射した開口数ＮＡ３を有する各色光束▲２▼は、前記第１の実施の形態の図６に関する説明と同様に、各色とも開口数ＮＡ４（図示せず）を有して当該ライトバルブを射出し、投射レンズ２２に入射される。
【０１００】
なお、開口数ＮＡ５が開口数ＮＡ３と略一致していることから、開口数ＮＡ６も開口数ＮＡ４と略一致している。
【０１０１】
投射レンズ２２は前記第１の実施の形態と同様に開口数ＮＡ４までの入射光束を投射できるように作製されているために、本実施の形態においても、同じ開口数（ＮＡ５＝ＮＡ３）を有する全体光束▲１▼と光束▲２▼を当該投射レンズ２２に入射できるために有効に投射像を投射することができ、高輝度の投射像を得ることができる。
【０１０２】
また、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、ライトバルブ７に形成された画素の形状が長方形形状であっても、従来の投射型表示装置と比して、光束▲２▼の開口数を大とすることができることから、有効に当該画素を長さ方向に照明することができ、大きい開口数ＮＡ４でもって当該ライトバルブ７を射出することができ、同様に高輝度の投射像を投射できる。
【０１０３】
なお、以上の説明からわかるように、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、前記開口数ＮＡ３が前記開口数ＮＡ１より大きく、前記開口数ＮＡ５と前記開口数ＮＡ３とが略同じとされている。前記開口数ＮＡ３は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の光束の各々を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束の開口数であって、前記基準平面（ＸＹ平面）と光学的に対応する平面（ＸＹ平面）に対して垂直な面であって光軸を含む面における開口数である。前記開口数ＮＡ１は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の光束の各々を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束の開口数であって、前記基準平面（ＸＹ平面）と光学的に対応する平面（ＸＹ平面）に対して平行な面であって光軸を含む面における開口数である。前記開口数ＮＡ５は、Ｒ光の光束を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束と、Ｇ光の光束を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束と、Ｂ光の光束を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束とが、ライトバルブ７上の同一位置に集光するもの毎に全体として形成する各全体光束（前述した混合光束）の開口数であって、前記基準平面（ＸＹ平面）に光学的に対応する平面（ＸＹ平面）に対して平行な面であって光軸を含む面における開口数である。
【０１０４】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【０１０５】
前述した各実施の形態においては、使用するライトバルブ７において形成される各色光用の画素の形状は、図７に示すような長方形状であるとしたが、その形状に限定されるものではなく、例えば正方形形状の画素を配置したライトバルブを用いても、同様に光束▲２▼を大きい開口数にて照明できるために、従来の投射型表示装置に比して高輝度の投射像を投射することができる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光源の出力を増大させなくても高輝度化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による投射型表示装置を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す投射型表示装置における光束の様子を示す光線図であり、図２（ａ）は図１において−Ｚ方向に眺めた光線図、図２（ｂ）は図１において−Ｙ方向に眺めた光線図である。
【図３】図１に示す投射型表示装置における光束の様子を更に詳細に示す光線図であり、図１において−Ｚ方向に眺めた光線図である。
【図４】図１に示す投射型表示装置における光束の様子を更に詳細に示す光線図であり、図１において−Ｙ方向に眺めた光線図である。
【図５】図１中のライトバルブの概略断面図である。
【図６】図１中のライトバルブの他の概略断面図である。
【図７】図１中のライトバルブの各色用画素の形状及びマイクロレンズの外形形状を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による投射型表示装置を示す概略斜視図である。
【図９】図８に示す投射型表示装置における光束の様子を詳細に示す光線図であり、図８において−Ｚ方向に眺めた光線図である。
【図１０】図８に示す投射型表示装置における光束の様子を詳細に示す光線図であり、図８において−Ｙ方向に眺めた光線図である。
【図１１】従来の投射型表示装置を示す概略構成図である。
【図１２】図１１に示す従来の投射型表示装置のライトバルブを示す概略断面図である。
【符号の説明】
１，１’ 光源
２ 第１のレンズ板
２ａ 第１のレンズ板上のレンズ
３ 第２のレンズ板
３ａ 第２のレンズ板上のレンズ
４ Ｒ光反射ダイクロイックミラー
５ Ｇ光反射ダイクロイックミラー
６ Ｂ光反射ダイクロイックミラー
７ ライトバルブ
８ ロッドインテグレータ
２１ フィールドレンズ
２２ 投射レンズ
２３ リレーレンズ
２３−３ 開口絞り
２３ａ 開口
３０ マイクロレンズアレイ
３１ 基板
３２ マイクロレンズ
４０ 液晶パネル
４１Ｒ Ｒ光用画素電極
４１Ｇ Ｇ光用画素電極
４１Ｂ Ｂ光用画素電極
４２ 対向電極
４３ 液晶層
４４，４５ 基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、１枚の液晶ライトバルブを使用する、いわゆる単板式カラー投射型表示装置に関するものであり、特に、当該１枚の液晶ライトバルブに異なる方位からＲ光、Ｇ光及びＢ光のそれぞれの光束が当該液晶ライトバルブに照射され、当該ライトバルブを射出した各色光の変調光を投射しフルカラー表示を行う装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｒ光、Ｇ光及びＢ光をそれぞれ異なる方位から１枚の液晶ライトバルブに入射させ、当該ライトバルブを射出した各色光の変調光を合成して投射する装置として、特許公開公報平４−６０５３８号において提案された投射型表示装置が知られている。
【０００３】
この従来の投射型表示装置について、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は、この従来の投射型表示装置を示す概略構成図である。図１２は、図１１に示す投射型表示装置のライトバルブを示す概略断面図である。
【０００４】
この従来の投射型表示装置では、ランプ１０１と当該ランプ１０１の背面に配置された球面鏡１０２とから構成された光源から射出された光源光は、整形レンズ１０３によって略平行な光束に整形される。この平行光束は、光軸上に配置されたＲ光反射ダイクロイックミラー１０４Ｒ、Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０４Ｇ及びＢ光反射ダイクロイックミラー１０４Ｂからなる色分解光学系に、ダイクロイックミラー１０４Ｒに対する入射角が４５度前後となるように入射される。ダイクロイックミラー１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂは、紙面に垂直をなすとともに相互に数度の所定の角度をなすように配置されている。Ｒ光反射ダイクロイックミラー１０４Ｒによって反射されたＲ光、Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０４Ｇによって反射されたＧ光、及びＢ光反射ダイクロイックミラー１０４Ｂにて反射されたＢ光は、それぞれ異なる角度でもって、液晶パネル１２０及びそれに付設されているマイクロレンズアレイ１１０からなるライトバルブに入射される。
【０００５】
図１２に示すように、液晶パネル１２０は、２枚の透明なガラス基板１２４，１２５間に液晶１２３が封入されて構成される。この液晶１２３は、例えば、ＩＴＯ膜から成る対向電極１２２と、マトリクス状に配置されたＩＴＯ膜から成る画素電極１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂとによって挟持され、この電極間の電界に応じて制御される。これら画素電極１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂは、図示しないが、走査線及び信号線に薄膜トランジスタを介して電気的に接続されている。なお、図１２においては、液晶パネル１２０の構成要素である偏光板、配向膜等は省略されている。
【０００６】
前述したようにそれぞれ異なる所定の角度を有して図１１及び図１２に示すようにマイクロレンズアレイ１１０のマイクロレンズに入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光は、それぞれ各色画素に集光して入射される。各色画素に入射した各色光は、各画素において、各画素信号に基づいて変調され、外方へ出射される。そして、フィールドレンズ１０５を経て、投射レンズ１０６にてスクリーン１０７上に投射され、フルカラーの画像表示がなされる。なお、液晶ライトバルブの画素毎にＴＦＴやＭＩＭ等の非線形スイッチング素子を配置し、これを選択スイッチングさせることにより前記信号により変調を行うことで、隣接画素間でクロストークのない良好な画像表示が達成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、投射型表示装置においては、その投射像の大画面化が進んでいる。そして、それに伴い、前述した従来の投射型表示装置の投射する投射像の明るさでは決して十分なものではなくなってきており、更なる高輝度化が要望されている。
【０００８】
前記従来の投射型表示装置において高輝度化を達成するためには、光源にて使用するランプとして高出力のものを使用すればよい。しかし、その場合、光源の発熱の問題に対処するための冷却法の確立など他の解決しなくてはならない問題が新たに出現してしまう。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、光源の出力を増大させなくても高輝度化を達成することができる、いわゆる単板方式の投射型表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、研究の結果、前記従来の投射型表示装置において、３枚のダイクロイックミラー１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂを所定平面（図１１中の紙面）に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度傾けて配置した特有の色分解光学系の構造に起因する特性に着目し、光源から発せられた光のうち投射像の形成に従来は有効に利用されていなかった光を有効に利用することができる構造を見出した。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
【００１１】
すなわち、前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による投射型表示装置は、光源からの光を、第１の色の光束、第２の色の光束及び第３の色の光束に色分解して、前記第１乃至第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向へそれぞれ射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記第１乃至第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向にそれぞれ対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射され、前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系と、を備える。前記色分解光学系は、所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなすようにかつ光入射側から順に配置された第１、第２及び第３のミラー面を備える。前記第１のミラー面は、前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第２のミラー面は、前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第３のミラー面は、前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有する。前記第１、第２及び第３の色の光束の各々を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束の第１の開口数であって、前記各ミラー面の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して垂直な面であって光軸を含む面における第１の開口数が、前記第１、第２及び第３の色の光束の各々を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する前記各光束の第２の開口数であって、前記基準平面に光学的に対応する前記平面に対して平行な面であって光軸を含む面における第２の開口数より大きくなるように、設定される。
【００１２】
前記色分解光学系は、前記従来の投射型表示装置と同様に３枚のダイクロイックミラーで構成してもよいし、そのうちの１枚を全反射ミラーで置き換えたものでもよいし、これらと等価な特性を有するようにプリズムの表面にダイクロイック膜を形成したものを組み合わせた構成としたものでもよい。この点は、後述する第２乃至第４の態様についても、同様である。
【００１３】
また、前記ライトバルブは、第１の色光を変調する第１の色画素と第２の色光を変調する第２の色画素と第３の色光を変調する第３の色画素とからなる複数の単位画素と、各色光を対応する色画素に選択的に集光する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイとを備えたものであってもよい。各色画素は、例えば、所定方向に長い長方形形状のものとすることができる。
【００１４】
なお、本明細書において、ある光束のある面（光軸を含む面）における開口数とは、当該光束の当該面における両側の最外光線のなす角度をいうものとする。
【００１５】
前記従来の投射型表示装置では、前述したように、前記技術常識に従って円形の開口を有する開口絞りを持ったリレーレンズ等が用いられていたので、前記第１の開口数と前記第２の開口数とが同一に設定されていたことになる。これに対して、前記第１の態様では、前記第１の開口数が前記第２の開口数より大きく設定されているので、その大きくした分だけ光源からの光をより多く取り込んで投射像の形成に有効に利用することができる。したがって、前記第１の態様によれば、光源の出力を増大させなくても、前記従来の投射型表示装置に比べて明るい投射像を得ることができ、高輝度化を達成することができる。
【００１６】
ところで、前記従来の投射型表示装置のように前記第１の開口数と前記第２の開口数とを同一に設定しても、これらの開口数を大きくすれば、その大きくした分だけ光源からの光をより多く取り込むことができるので、明るい投射像を得ることができるはずである。しかし、この場合には、ライトバルブを射出した変調光全体の光束の発散角が、光軸を含むいずれの方向の面においても大きくなってしまうことから、前記投射光学系として有効口径の大きいものを使用せざるを得ず、そのような有効口径の大きい投射光学系の実現が困難で実際には明るい投射像を得ることができないか、あるいは、当該投射光学系を得ることができても極めて高価なものにならざるを得ない。これに対し、前記第１の態様では、前記色分解光学系特有の構造、すなわち、前記第１、第２及び第３のミラー面が所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定角度をなしている点を巧みに利用しつつ、投射光学系の有効口径を増大させることなく、明るい投射像を得ることができるのである。すなわち、前記色分解光学系特有の構造に起因して、前記第１の開口数と前記第２の開口数が同一であれば、ライトバルブを射出した変調光全体の光束の前記角度に対応する方向の発散角（前記第１の開口数と各ミラー面のなす角度とに依存する）の方が、当該変調光全体の光束の前記角度に対応する方向と垂直な方向の発散角（前記第２の開口数に依存する）より大きくなる。前記第１の態様では、前記第１の開口数が前記第２の開口数より大きく設定されているので、前記第１の開口数を大きくすることなく前記第２の開口数を大きくすることができ、これにより、そもそも大きかった変調光全体の光束の前記角度に対応する方向の発散角を大きくすることなく、小さかった変調光全体の光束の前記角度に対応する方向と垂直な方向の発散角を大きくすることができ、両者の発散角を例えば同程度にすることができる。したがって、前記第１の態様によれば、投射光学系の有効口径を増大させなくても、明るい投射像を得ることができるのである。
【００１７】
本発明の第２の態様による投射型表示装置は、光源からの光を、第１の色の光束、第２の色の光束及び第３の色の光束に色分解して、前記第１乃至第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向へそれぞれ射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記第１乃至第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向にそれぞれ対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射され、前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系と、を備える。前記色分解光学系は、所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなすようにかつ光入射側から順に配置された第１、第２及び第３のミラー面を備える。前記第１のミラー面は、前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第２のミラー面は、前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第３のミラー面は、前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有する。前記第１の色の光束を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束と、前記第２の色の光束を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束と、前記第３の色の光束を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束とが、前記ライトバルブ上の同一位置に集光するもの毎に全体として形成する各全体光束の第３の開口数であって、前記各ミラー面の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して平行な面であって光軸を含む面における第３の開口数と、前記第１、第２及び第３の色の光束の各々を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束の第１の開口数であって、前記基準平面に光学的に対応する前記平面に対して垂直な面であって光軸を含む面における第１の開口数とが、略同じとなるように、設定される。
【００１８】
この第２の態様では、前記第３の開口数と前記第１の開口数とが略同じとされているので、ライトバルブを射出した変調光全体の光束の前記角度（各ミラー面のなす角度）に対応する方向の発散角と、当該変調光全体の光束の前記角度（各ミラー面のなす角度）に対応する方向と垂直な方向の発散角とが、略同じとなる。したがって、前記第１の態様に関して前述した説明からわかるように、前記色分解光学系特有の構造に基づき、従来に比べて明るい投射像を得ることができる。
【００１９】
本発明の第３の態様による投射型表示装置は、光源からの光を、第１の色の光束、第２の色の光束及び第３の色の光束に色分解して、前記第１乃至第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向へそれぞれ射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記第１乃至第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向にそれぞれ対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射され、前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系と、を備える。複数のレンズを有し前記光源からの光を複数の光束に分割する第１のレンズ板が、前記光源と前記色分解光学系との間に配置される。複数のレンズを有し前記第１のレンズ板にて分割された複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳させて照明させる第２のレンズ板が、前記第１のレンズ板と前記色分解光学系との間に配置される。前記色分解光学系は、所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなすようにかつ光入射側から順に配置された第１、第２及び第３のミラー面を備える。前記第１のミラー面は、前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第２のミラー面は、前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第３のミラー面は、前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有する。前記色分解光学系は、前記第２のレンズ板を射出した光を前記光源からの光として色分解する。前記第２のレンズ板における前記複数のレンズが配置されている領域の外形形状は、光軸に対して垂直な第４の方向の長さが、光軸及び前記第４の方向に対して垂直な第５の方向の長さより長い形状を持つ。前記第２のレンズ板は、前記各ミラー面の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して、前記第４の方向が垂直をなすように配置される。
【００２０】
前記外形形状は、例えば、長方形状であってもよいし、楕円形状等であってもよい。
【００２１】
この第３の態様は、前記第１及び第２の態様の具体例であり、ライトバルブに対する照明を行う光学系として、特開平３−１１１８０６号公報に開示されているような第１のレンズ板及び第２のレンズ板からなるいわゆるフライアイインテグレータを用い、前記第２のレンズ板の前記領域の外形形状を工夫した例である。
【００２２】
本発明の第４の態様による投射型表示装置は、光源からの光を、第１の色の光束、第２の色の光束及び第３の色の光束に色分解して、前記第１乃至第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向へそれぞれ射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記第１乃至第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向にそれぞれ対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射され、前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系と、を備える。前記光源からの光が入射され当該光を射出面から射出し当該射出面を実質的に平面光源とするロッドインテグレータが、前記光源と前記色分解光学系との間に配置される。前記ロッドインテグレータの前記射出面の像を前記ライトバルブ上に結像させて前記ライトバルブに対して臨界照明を行うリレーレンズが、前記ロッドインテグレータと前記ライトバルブとの間に配置される。前記色分解光学系は、所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなすようにかつ光入射側から順に配置された第１、第２及び第３のミラー面を有する。前記第１のミラー面は、前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第２のミラー面は、前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有する。前記第３のミラー面は、前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有する。前記色分解光学系は、前記ロッドインテグレータからの射出光を前記光源からの光として色分解する。前記リレーレンズはその瞳の位置には開口絞りを有し、該開口絞りの開口の形状は、光軸に対して垂直な第４の方向の長さが、光軸及び前記第４の方向に対して垂直な第５の方向の長さより長い形状を持つ。前記開口絞りは、前記各ミラー面の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して、前記第４の方向が垂直をなすように配置される。
【００２３】
この第４の態様は、前記第１及び第２の態様の具体例であり、ライトバルブに対する照明を行う光学系として、臨界照明を行うロッドインテグレータ及びリレーレンズを用い、前記リレーレンズの開口絞りの開口形状を工夫した例である。
【００２４】
本発明の第５の態様による投射型表示装置は、照明用の光を発生する光源と、光軸を含む所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなす複数のミラー面を有し、当該複数のミラー面によって前記光源からの光を複数の色の光束に色分解して各色の光束を互いに異なる所定の方向に射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記複数の色の光束がそれぞれ前記所定の方向に対応する方向から集光して入射した際に、入射した前記複数の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束のそれぞれについての前記所定平面に対して平行な面上であって光軸に対して垂直な方向における開口数を第１開口数とし、前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束のそれぞれについての前記所定平面に対して垂直な面上であって光軸に対して垂直な方向における開口数を第２開口数としたとき、前記第１開口数を対応する前記第２開口数よりも小さくする開口数調整手段と、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系とを備えたものである。
【００２５】
本発明の第６の態様による投射型表示装置は、前記第５の態様による投射型表示装置において、前記開口数調整手段は、複数のレンズを有し前記光源からの光を複数の光束に分割する第１のレンズ板と、複数のレンズを有し前記第１のレンズ板にて分割された複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳させて照明させる第２のレンズ板とを備えたものである。
【００２６】
本発明の第７の態様による投射型表示装置は、前記第６の態様による投射型表示装置において、前記第２のレンズ板は、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向の長さが、前記所定平面に垂直な方向の長さよりも短いものである。
【００２７】
本発明の第８の態様による投射型表示装置は、前記第７の態様による投射型表示装置において、前記第１のレンズ板は、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向の長さが、前記所定平面に垂直な方向の長さと略等しいものである。
【００２８】
本発明の第９の態様による投射型表示装置は、前記第５の態様による投射型表示装置において、前記開口数調整手段は、前記光源からの光を平面光源とするロッドインテグレータと、前記平面光源の像を前記ライトバルブに投影するリレーレンズと、前記リレーレンズの瞳位置に配置される開口絞りとを備えたものである。
【００２９】
本発明の第１０の態様による投射型表示装置は、前記第９の態様による投射型表示装置において、前記開口絞りの開口は、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向の長さが、前記所定平面に垂直な方向の長さよりも短い形状を持つものである。
【００３０】
本発明の第１１の態様による投射型表示装置は、前記第６の態様による投射型表示装置において、前記複数のミラー面は、前記光源からの光を、第１、第２及び第３の色の光束に色分解してこれら第１、第２及び第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向にそれぞれ射出する第１、第２及び第３のミラー面であり、前記第１のミラー面は、前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第２のミラー面は、前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第３のミラー面は、前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有し、前記ライトバルブは、前記第１、第２及び第３のミラー面を出射した前記第１、第２及び第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向に対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射した際に、入射した前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調するものである。
【００３１】
本発明の第１２の態様による投射型表示装置は、前記第１１の態様による投射型表示装置において、前記開口数調整手段は、前記第１、第２及び第３の色の光束の各々を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束の第１の開口数であって、前記第１、第２及び第３のミラー面の各々の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して垂直な面であって光軸を含む面における第１の開口数を、前記第１、第２及び第３の色の光束の各々を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する前記各光束の第２の開口数であって、前記基準平面に光学的に対応する前記平面に対して平行な面であって光軸を含む面における第２の開口数より大きくしたものである。
【００３２】
本発明の第１３の態様による投射型表示装置は、前記第９の態様による投射型表示装置において、前記複数のミラー面は、前記光源からの光を、第１、第２及び第３の色の光束に色分解してこれら第１、第２及び第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向にそれぞれ射出する第１、第２及び第３のミラー面であり、前記第１のミラー面は、前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第２のミラー面は、前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第３のミラー面は、前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有し、前記ライトバルブは、前記第１、第２及び第３のミラー面を出射した前記第１、第２及び第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向に対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射した際に、入射した前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調するものである。
【００３３】
本発明の第１４の態様による投射型表示装置は、前記第１３の態様による投射型表示装置において、前記開口絞りは、前記第１、第２及び第３のミラー面の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して垂直な第４の方向の長さが、光軸及び前記第４の方向に対して垂直な第５の方向の長さより長い形状を持つものである。
【００３４】
本発明の第１５の態様による投射型表示装置は、照明用の光を発生する光源と、光軸を含む所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなす複数のミラー面を有し、当該複数のミラー面によって前記光源からの光を複数の色の光束に色分解して各色の光束を互いに異なる所定の方向に射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記複数の色の光束がそれぞれ前記所定の方向に対応する方向から集光して入射した際に、入射した前記複数の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束のそれぞれについての前記所定平面に対して平行な面上であって光軸に対して垂直な方向における開口数を第１開口数とし、前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束の全体としての前記所定平面に対して垂直な方向における開口数を第２開口数としたとき、前記第１開口数のそれぞれを前記第２開口数と略等しくする開口数調整手段と、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系とを備えたものである。
【００３５】
本発明の第１６の態様による投射型表示装置は、前記第１５の態様による投射型表示装置において、前記開口数調整手段は、複数のレンズを有し前記光源からの光を複数の光束に分割する第１のレンズ板と、複数のレンズを有し前記第１のレンズ板にて分割された複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳させて照明させる第２のレンズ板とを備えたものである。
【００３６】
本発明の第１７の態様による投射型表示装置は、前記１５の態様による投射型表示装置において、前記開口数調整手段は、前記光源からの光を平面光源とするロッドインテグレータと、前記平面光源の像を前記ライトバルブに投影するリレーレンズと、前記リレーレンズの瞳位置に配置される開口絞りとを備えたものである。
【００３７】
本発明の第１８の態様による投射型表示装置は、照明用の光を発生する光源と、光軸を含む所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなす複数のミラー面を有し、当該複数のミラー面によって前記光源からの光を複数の色の光束に色分解して各色の光束を互いに異なる所定の方向に射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記複数の色の光束がそれぞれ前記所定の方向に対応する方向から集光して入射した際に、入射した前記複数の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、複数のレンズを有し前記光源からの光を複数の光束に分割する第１のレンズ板と、複数のレンズを有し前記第１のレンズ板にて分割された複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳させて照明させる第２のレンズ板とを有するとともに、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向に関し、前記第１のレンズ板の屈折力が前記第２のレンズ板の屈折力よりも大である開口数調整手段と、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系とを備えたものである。
【００３８】
本発明の第１９の態様による投射型表示装置は、前記第１８の態様による投射型表示装置において、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向に関する前記第２のレンズ板に対する前記第１のレンズ板の屈折力の差は、前記所定平面に垂直な方向に関する前記第２のレンズ板に対する前記第１のレンズ板の屈折力の差よりも大きいものである。
【００３９】
本発明の第２０の態様による投射型表示装置は、照明用の光を発生する光源と、光軸を含む所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなす複数のミラー面を有し、当該複数のミラー面によって前記光源からの光を複数の色の光束に色分解して各色の光束を互いに異なる所定の方向に射出する色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記複数の色の光束がそれぞれ前記所定の方向に対応する方向から集光して入射した際に、入射した前記複数の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、複数のレンズを有し前記光源からの光を複数の光束に分割する第１のレンズ板と、複数のレンズを有し前記第１のレンズ板にて分割された複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳させて照明させる第２のレンズ板とを有するとともに、前記所定平面に垂直な方向に関し、前記第１のレンズ板の屈折力が前記第２のレンズ板の屈折力よりも小である開口数調整手段と、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系とを備えたものである。
【００４０】
本発明の第２１の態様による投射型表示装置は、前記第２０の態様による投射型表示装置において、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向に関する前記第２のレンズ板に対する前記第１のレンズ板の屈折力の差は、前記所定平面に垂直な方向に関する前記第２のレンズ板に対する前記第１のレンズ板の屈折力の差よりも大きいものである。
【００４１】
本発明の第２２の態様による投射型表示装置は、照明用の光を発生する光源と、光軸を含む所定平面に対して垂直に配置され前記光源からの光を複数の色の光束に分離する色分解面を含む色分解光学系と、前記色分解光学系を射出した前記光束のそれぞれを変調するライトバルブと、前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系とを備えた投射型表示装置において、前記色分解光学系は、前記ライトバルブ上に導かれる前記複数の光束のそれぞれについての前記所定平面に対して平行な面上であって光軸に対して垂直な方向における開口数を第１開口数とし、前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束のそれぞれについての前記所定平面に対して垂直な面上であって光軸に対して垂直な方向における開口数を第２開口数としたとき、前記第１開口数を対応する前記第２開口数よりも小さくする開口数調整手段と、を備えたものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による投射型表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４３】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態による投射型表示装置について、図１〜図７を参照して説明する。
【００４４】
図１は、本実施の形態による投射型表示装置を示す概略斜視図であり、光線の様子も示している。なお、説明の便宜上、図１に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する（後述する他の図も同様）。
【００４５】
本実施の形態による投射型表示装置では、光源１は、図示しないランプと、当該ランプの背部に配置した凹面鏡である放物面鏡とから構成されている。光源１から射出された光源光は、凹面鏡として放物面鏡を使用していることより、略平行光束として、光軸と平行な方向であるＸ方向に進行し、光軸上に配置された表面に複数のレンズ２ａを平面的に配置した第１のレンズ板２と光軸上に配置された表面に複数のレンズ３ａを配置した第２のレンズ板３とから構成された、いわゆるフライアイインテグレータに入射される。
【００４６】
本実施の形態では、前記第１のレンズ板２上のレンズ２ａと第２のレンズ板３上のレンズ３ａは同じ配列（本実施の形態においては５×６の配列になっている）にて配置されているが、それらのレンズ２ａ，３ａの外形形状（輪郭形状）と曲率等の各レンズ形状は異なっている。これは、第１のレンズ板２上のレンズ２ａと第２のレンズ板３上のレンズ３ａとはその目的とする機能が後述するように異なるからである。
【００４７】
第１のレンズ板２上の個々のレンズ２ａの有効レンズ領域の外形形状は、後述する長方形形状を有するライトバルブ７の有効表示領域の外形形状と比例した長方形状となっており、両者の縦横比率は等しく設定されている。
【００４８】
さらに、第１のレンズ板２上の各レンズ２ａの曲率等のレンズ形状は、当該レンズ２ａに略平行に入射した平行光束が第２のレンズ板３上の当該レンズ２ａと対応するレンズ３ａに集光するように、すなわち、当該レンズ２ａの焦点距離の位置に当該レンズ２ａに対応するレンズ３ａが位置するように、定められている。
【００４９】
第２のレンズ板３上のレンズ３ａは、対応する第１のレンズ板２上のレンズ２ａ上の輝点を後記する被照明体であるライトバルブ７上の共役点に結像するように定められている。つまり、第１のレンズ板２上のレンズ２ａはそれぞれ複数の平面光源と見なすことができ、当該レンズ面を第２のレンズ板３の対応するレンズ３ａによってライトバルブ７上に拡大照明することになり、第１のレンズ板２上のレンズ２ａの数だけライトバルブ７上に重畳して照明することとなるのである。
【００５０】
以上の説明からわかるように、第１のレンズ板２は光源からの光を複数のレンズ２ａによってその数の光束に分割し、第２のレンズ板３は、第１のレンズ板２にて分割された複数の光束をライトバルブ７上に重畳させて照明させることになる。
【００５１】
そして、本実施の形態では、第２のレンズ板３の全体形状（すなわち、本実施の形態では、第２のレンズ板３における複数のレンズ３ａが配置されている領域の形状）が、縦（Ｚ方向の長さ）と横（Ｙ方向の長さ）との寸法比を略２対１とした長方形状とされている。なお、従来のフライアイインテグレータでは、第２の板の全体形状は正方形とされている。もっとも、本発明では、第２のレンズ板３の全体形状はＺ方向に長軸を有する楕円形状等にしてもよい。
【００５２】
第２のレンズ板３上のレンズ３ａに集光された対応する第１のレンズ板２上のレンズ２ａを射出した光は、当該レンズ３ａを射出した後、フィールドレンズ２１を経由して、色分解光学系を構成するＲ光反射ダイクロイックミラー４、Ｇ光反射ダイクロイックミラー５及びＢ光反射ダイクロイックミラー６に入射される。ダイクロイックミラー４，５，６は、それぞれ光軸上にＸＹ平面に対して垂直をなすとともに互いに数度程度の所定角度をなすようにかつ光入射側から順に配置されている。Ｒ光反射ダイクロイックミラー４のミラー面は、Ｒ光を反射させるとともにＧ光及びＢ光を透過させるダイクロイック特性を有している。Ｇ光反射ダイクロイックミラー５のミラー面は、Ｇ光を反射させるとともにＢ光を透過させるダイクロイック特性を有している。Ｂ光反射ダイクロイックミラー６のミラー面は、Ｂ光を反射させるダイクロイック特性を有している。もっとも、Ｂ光反射ダイクロイックミラー６に代えて全反射ミラーを用いてもよい。また、前記色分解光学系は、これらと等価な特性を有するようにプリズムの表面にダイクロイック膜を形成したものを組み合わせた構成としたものでもよい。
【００５３】
前記色分解光学系に入射した光のうちのＲ光波長領域の光は、ダイクロイックミラー４によって反射され、ライトバルブ７に入射される。ダイクロイックミラー４を透過した光のうちのＧ光波長領域の光は、ダイクロイックミラー５によって反射され、前記ダイクロイックミラー４を透過してライトバルブ７に入射される。ダイクロイックミラー５を透過したＢ光波長領域光は、ダイクロイックミラー６によって反射され、ダイクロイックミラー５，４を透過してライトバルブ７に入射される。ライトバルブ７に入射された光束はライトバルブ７によって変調されて射出され、当該射出した投射光は投射レンズ２２に入射され、図示しないスクリーン上に投射される。
【００５４】
以下、ライトバルブ７への光束を説明するのに、図１に示すように、当該光束を、Ｙ軸に平行でかつ光軸を含む面内に現れる光束▲１▼と、Ｚ軸に平行でかつ光軸を含む面内に現れる光束▲２▼とに分けて説明する。光束▲１▼と光束▲２▼とは同一光束の見方を変えたものである。
【００５５】
なお、各ダイクロイックミラー４，５，６の法線とダイクロイックミラー４への入射直前（すなわち、色分解光学系への入射直前）における光軸とがなす平面であって、当該入射直前における光軸を含む平面を、基準平面と定義する。本実施の形態では、基準平面は、ＸＹ平面と平行でかつダイクロイックミラー４への入射直前における光軸（Ｘ軸と平行）を含む平面となる。本実施の形態では、光軸はいずれの箇所においてもＸＹ平面と平行な一平面内に含まれるので、前記基準平面に光学的に対応する平面は、光軸のいずれの箇所においてもＸＹ平面となる。しかしながら、例えば、ダイクロイックミラー４とライトバルブ７との間に光軸を−Ｚ方向に折り曲げる折り曲げミラーを挿入したような場合のように、光軸が３次元状をなすような場合には、光軸のそれぞれの箇所において、前記基準平面に光学的に対応する平面は異なってくる。基準平面に光学的に対応する平面は、光軸を光学的に等価となるように一直線状に展開したときに前記基準平面に相当する平面である。
【００５６】
このような定義に従えば、前記光束▲１▼は、前記基準平面に光学的に対応する平面に対して平行な面であって光軸を含む面に現れる光束であり、前記光束▲２▼は、前記光束の前記基準平面に光学的に対応する平面に対して垂直な面であって光軸を含む面に現れる光束である。また、第２のレンズ板３は、前記基準平面に光学的に対応する平面に対して、長方形状の全体形状の長辺の長さ方向（Ｚ方向）が垂直をなすように、配置されていることになる。
【００５７】
ここで、第１のレンズ板２及び第２のレンズ板３を経由した光がライトバルブ７に至るまでの様子を示す光線図を図２に示し、これについて詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図２では、光源１、フィールドレンズ２１及び色分解光学系４，５，６の図示を省略したため、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のうちの一つの色光についてその光線を記載したものとなっている。
【００５８】
図２（ａ）は図１において−Ｚ方向に眺めた前記光束▲１▼を示す光線図であり、図２（ｂ）は図１において−Ｙ方向に眺めた前記光束▲２▼を示す光線図である。
【００５９】
図２（ａ）に示すように、前述した第１及び第２のレンズ板２，３の説明からわかるように、第１のレンズ板２の各レンズ２ａの光点から射出した光束は、対応する第２のレンズ板３上のレンズ３ａによってライトバルブ７上の共役点に結像され、ライトバルブ７に対して臨界重畳照明が達成される。図２（ａ）中の光線ｉ１，ｉ２は最も外側の光線を示しており、この両光線ｉ１，ｉ２のなす角度が、ライトバルブ７照明の前記光束▲１▼の開口数ＮＡ１を構成する。この説明からわかるように、当該開口数ＮＡ１は、第２のレンズ板３の短辺の長さと、当該第２のレンズ板３とライトバルブ７との間の距離とによって決定される。ライトバルブ７に入射した開口数ＮＡ１を有する光束は、後述するように、ライトバルブ７を構成するマイクロレンズアレイ３０及び液晶パネル４０を経由して、投射光として図２（ａ）に示す開口数ＮＡ２を有して射出される。
【００６０】
図２（ａ）からも明らかなように、第１のレンズ板２は、全体として正の屈折力を有し、各レンズ２ａの働きを無視すれば、光束▲１▼を全体としてＦ点に収束させる働きを有する。第２のレンズ板３は、各レンズ３ａの働きを無視すれば、全体として負の屈折力を有し、第１のレンズ板２からの光束▲１▼を全体としてライトバルブ７上に収束させる働きを有する。結果として、光束▲１▼に関しては、第１のレンズ板２の屈折力が第２のレンズ板３の屈折力よりも大となっている。つまり、以下に詳述するが、光束▲１▼の開口数を光束▲２▼の開口数よりも小さくすることができ、光束▲１▼を色分解後に実際にライトバルブ７に入射させる際の全体としての開口数を光束▲２▼の開口数とほぼ等しくすることができる。
【００６１】
図２（ｂ）は図１において−Ｙ方向に眺めた図であるが、前述したように第２のレンズ板３の高さは巾の略２倍の長さを有しているために、図２（ｂ）に示す第２のレンズ板３の長辺の長さは図２（ａ）に示す第２のレンズ板３の短辺の長さの略２倍となっている。
【００６２】
図２（ｂ）に示すように、第１のレンズ板２のそれぞれのレンズ２ａの各光点は、対応する第２のレンズ板３のレンズ３ａによってライトバルブ７上に結像され、ライトバルブ７に対して重畳照明が達成される。図２（ｂ）中の光線ｉ３，ｉ４は最も外側の光線を示しており、この両光線ｉ３，ｉ４のなす角度が、前記光束▲２▼の開口数ＮＡ３を構成する。当該開口数ＮＡ３は、第２のレンズ板３の長辺の長さと、当該第２のレンズ板３とライトバルブ７との間の距離とによって決定される。したがって、当該開口数ＮＡ３は前記開口数ＮＡ１より大きい。ライトバルブ７に入射した開口数ＮＡ３を有する光束は、後述するように、ライトバルブ７を経由して、投射光として図２（ｂ）に示す開口数ＮＡ４を有して射出される。
【００６３】
図２（ｂ）からも明らかなように、第１のレンズ板２は、全体としてほぼゼロの屈折力を有し、各レンズ２ａの働きを無視すれば、光束▲２▼を全体として収束させる働きを有しない。第２のレンズ板３は、各レンズ３ａの働きを無視すれば、全体として正の屈折力を有し、第１のレンズ板２からの光束▲２▼を全体としてライトバルブ７上に収束させる働きを有する。結果として、光束▲２▼に関しては、第１のレンズ板２の屈折力が第２のレンズ板３の屈折力よりも小となっている。つまり、以下に詳述するが、光束▲２▼の開口数を光束▲１▼の開口数よりも大きくすることができ、光束▲１▼を色分解後に実際にライトバルブ７に入射させる際の全体としての開口数を光束▲２▼の開口数とほぼ等しくすることができる。
【００６４】
なお、以上の説明では、光束▲１▼の面に関し第１のレンズ板２の屈折力を第２のレンズ板３の屈折力よりも大とし、光束▲２▼の面に関し第１のレンズ板２の屈折力が第２のレンズ板３の屈折力よりも小とするが、光束▲１▼の面について第２のレンズ板３に対する第１のレンズ板２の屈折力の差を、光束▲２▼の面について第２のレンズ板３に対する第１のレンズ板２の屈折力の差よりも相対的に大きくすれば、光束▲１▼を色分解後に実際にライトバルブ７に入射させる際の全体としての開口数を光束▲２▼の開口数とほぼ等しくすることができる。
【００６５】
図３及び図４は、図２（ａ）（ｂ）に更にフィールドレンズ２１及び色分解光学系４，５，６及び投射光学系としての投射レンズ２２を加えた本実施の形態による投射型表示装置の光線図である。図３は図１において−Ｚ方向に眺めた前記光束▲１▼を示す光線図、図４は図１において−Ｙ方向に眺めた前記光束▲２▼を示す光線図である。なお、図４においては、投射レンズ２２の図示は省略した。また、図３及び図４には、光軸上の光束の他に、光軸をはずれた位置における光束も図示した。
【００６６】
図３において、第２のレンズ板３を射出した光軸上の光束▲１▼は、前図２（ａ）にも示すように開口数ＮＡ１を有して進行し、フィールドレンズ２１を経由して前記ダイクロイックミラー４，５，６から構成される色分解光学系に入射され、Ｒ光は、ダイクロイックミラー４によって反射されて開口数ＮＡ１を有してライトバルブ７に集光して入射される。同様に、Ｇ光は、ダイクロイックミラー５によって反射されて開口数ＮＡ１を有してライトバルブ７に集光して入射される。同様に、Ｂ光は、ダイクロイックミラー６によって反射されて開口数ＮＡ１を有してライトバルブ７に集光して入射される。
【００６７】
この各ダイクロイックミラー４，５，６のそれぞれの傾き角度は、当該色分解光学系４，５，６によって色分解され、開口数ＮＡ１を有してライトバルブ７上の同一位置に進行して集光する各色の混合光全体の光束▲１▼の構成する開口数ＮＡ５（図３中の最も外側の光線ｉ５，ｉ６がなす角度）が、図２（ｂ）中の光束▲２▼の開口数ＮＡ３に略一致するように、定められている。各色光として開口数ＮＡ１を有するとともに混合光全体として開口数ＮＡ５（開口数ＮＡ３と略一致）を有する光束▲１▼は、各色光としては開口数ＮＡ２を有するが混合光束全体としては開口数ＮＡ６を有してライトバルブ７から投射光として射出される。開口数ＮＡ５が開口数ＮＡ３と略一致していることから、開口数ＮＡ６も開口数ＮＡ４と略一致している。
【００６８】
図３には、２つの軸外光束に関しても記述している。各軸外光束は、同様に開口数ＮＡ１を有しており、フィールドレンズ２１によってその主光線が光軸に平行とされ、すなわちテレセントリック性を維持するようにされて、色分解光学系４，５，６に入射され、前述した光軸光束と同じように、各色全体の光束としては開口数ＮＡ５を有してライトバルブ７上にそれぞれ対応する位置に集光され、当該ライトバルブ７を開口数ＮＡ６にて射出される。
【００６９】
図４は、−Ｙ方向に眺めた光線図を示している。第２のレンズ板３から射出した光束▲２▼は、図２（ｂ）に示したように開口数ＮＡ３を有して進行し、色分解光学系４，５，６にて色分解されて形成された各色光共に、開口数ＮＡ３を有したまま図４中の紙面に垂直なＹ方向に進行して、ライトバルブ７の所定位置に集光され、当該ライトバルブ７を開口数ＮＡ４を有して射出される。
【００７０】
ここで、ライトバルブ７及びその付近の光線の様子について、図５〜図７を参照して説明する。
【００７１】
図５は、図１に示すライトバルブ７をＸＹ面に平行な面にて切断した当該ライトバルブ７の−Ｚ方向に眺めた概略断面図である。図５には、ライトバルブ７付近における前記光束▲１▼の様子も示している。
【００７２】
本実施の形態では、ライトバルブ７は、マイクロレンズアレイ３０と液晶パネル４０とを接着して構成したものである。マイクロレンズアレイ３０は、図５に示すように、基板３１にマイクロレンズ３２をアレイ状に形成することにより作製されている。液晶パネル４０は、ガラス基板４４、ＩＴＯ膜から成る対向電極４２、図示しないが配向膜を介して配置される液晶層４３、図示しないが配向膜を介してマトリクス状に配置される例えばＩＴＯ膜からなるＲ光用画素電極４１Ｒ、Ｇ光用画素電極４１Ｇ、Ｂ光用画素電極４１Ｂ及びガラス基板４５から構成される。各色光用画素電極４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ、対向する液晶層４３及び対向電極４２によりそれぞれの色の画素を構成する。なお、図５においては、液晶パネル４０の構成要素である偏光板、配向膜等は省略されている（後述する図６も同様）。
【００７３】
図７には、表面から見た（すなわち、Ｙ方向に見た）当該各色光用信号画素４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ及び前記マイクロレンズ３２を示す。この図に示すように各色光用画素電極４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂは長方形状を示しており、マイクロレンズ３２はその外形として略正方形状を有しており、一つのマイクロレンズ３２がＲ，Ｇ，Ｂ光用信号電極（各色光用画素）各一個ずつをその下部に配置した構成となっている。
【００７４】
再び図５を参照すると、前述したように、マイクロレンズアレイ部材３０の各マイクロレンズ３２には、当該レンズ３２によって形成される開口部にＢ光、Ｇ光、Ｒ光の光束▲１▼が所定の入射角にて、各色の光束としてそれぞれ開口数ＮＡ１を有し、かつ各色全体の光束として開口数ＮＡ５（開口数ＮＡ３と略一致）を有して、入射される。さらに、入射された各色光に関してはマイクロレンズ３２によってＲ光は電極４１ＲによるＲ光用画素に、Ｇ光は電極４１ＧによるＧ光用画素に、Ｂ光は電極４１ＧによるＢ光用画素に、それぞれ開口数ＮＡ２でもって集光され、それぞれ当該開口数ＮＡ２をもってライトバルブ７を射出し、全体として光束▲１▼は開口数ＮＡ６（開口数ＮＡ４と略一致）にて射出されることとなり、当該拡散光束は投射レンズ２２に入射される。
【００７５】
図６は、図１に示すライトバルブ７をＹＺ面に平行な面にて切断した当該ライトバルブ７の−Ｘ方向に眺めた概略断面図である。図６には、ライトバルブ７付近における前記光束▲２▼の様子も示している。この方向から眺めると、前述の説明からわかるように、同じ開口数ＮＡ３を有する各色の光束▲２▼が重なって見えるために、図６では、Ｒ，Ｇ，Ｂ光束のうちの中間に存在するＧ光束について記載している。ＹＺ平面においては開口数ＮＡ３を有するとともに、ＸＹ平面には前記のように開口数ＮＡ１を有してマイクロレンズ３２に入射するＧ光（Ｒ光、Ｂ光）は、各色光用画素電極４１Ｇ（４１Ｒ，４１Ｂ）に入射される。前述したように、各電極４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂは長方形状であるが、本実施の形態では、各色光が大きい開口数ＮＡ３を有して各画素に入射できるために、当該長さ方向全体に渡って明るい照明ができることが理解できる。さらに、各色入射光束は開口数ＮＡ４をもってライトバルブ７を射出することができ、前記各色全体光束▲１▼の開口数ＮＡ６と同じ開口数を有する光束として投射レンズ２２に入射できる。
【００７６】
従来の投射型表示装置に教示される所に従って、本実施の形態による投射型表示装置と同様の投射型表示装置を構成すると、図１中の第２のレンズ板３に代えて図１中の第２のレンズ板３の外形形状の短辺を一辺とする正方形状の外形形状を有する第２のレンズ板を用いるとともに、前述した第１のレンズ板２と第２のレンズ板３との関係から必然的に第１のレンズ板２も面積の小さいものに代えることになる。この場合、図６に示す各色光は小さい開口数ＮＡ１の値にて入射することとなり、各画素を長さ方向（Ｚ方向）全体に渡って明るく照明できず、その結果、明るい光を射出することができない。
【００７７】
本実施の形態では、投射レンズ２２は内部に開口絞り（円形の開口を有する）を有し、当該開口絞りによって入射光の開口数が前記ＮＡ４の値まで射出できる様に設計、製作することにより、同じ開口数を有する光束▲１▼及び光束▲２▼を入射、投射できることより明るい投射光を投射することができる。
【００７８】
従来の投射型表示装置の教示に従って構成する前記投射型表示装置であっては、当該投射レンズ２２が入射光束の開口数ＮＡ４の値まで投射できるように作製してあったとしても、前記のように光束▲１▼に関してはライトバルブ７への射出光束の開口数ＮＡ２の光束しか入射させることができず、その結果、明るい投射像を投射することはできない。
【００７９】
なお、本実施の形態において第２のレンズ板３の形状を２対１の縦横比を有する長方形としたが、それは、前述したように、当該短辺と長辺の長さによってそれぞれ決定される光束▲２▼の開口数ＮＡ３と、前記色分解光学系によって分解される各色光の全体の光束▲１▼の開口数ＮＡ５とをなるべく同じにして効率よく投射レンズ２２に入射させるように、前記複数のダイクロイックミラー４，５，６のそれぞれの成す角度が決定されているためである。この目的は、第２のレンズ板３の縦横の長さの比とダイクロイックミラー４，５，６の角度の値を変えても、達成することが可能である。したがって、第２のレンズ板３の寸法比は２対１に限定される必要は全くない。
【００８０】
なお、以上の説明からわかるように、本実施の形態では、前記開口数ＮＡ３が前記開口数ＮＡ１より大きく、前記開口数ＮＡ５と前記開口数ＮＡ３とが略同じとされている。前記開口数ＮＡ３は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の光束の各々を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束の開口数であって、前記基準平面（ＸＹ平面）と光学的に対応する平面（ＸＹ平面）に対して垂直な面であって光軸を含む面における開口数である。前記開口数ＮＡ１は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の光束の各々を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束の開口数であって、前記基準平面（ＸＹ平面）と光学的に対応する平面（ＸＹ平面）に対して平行な面であって光軸を含む面における開口数である。前記開口数ＮＡ５は、Ｒ光の光束を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束と、Ｇ光の光束を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束と、Ｂ光の光束を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束とが、ライトバルブ７上の同一位置に集光するもの毎に全体として形成する各全体光束（前述した混合光束）の開口数であって、前記基準平面（ＸＹ平面）に光学的に対応する平面（ＸＹ平面）に対して平行な面であって光軸を含む面における開口数である。
【００８１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態による投射型表示装置について、図８〜図１０を参照して説明する。
【００８２】
前記第１の実施の形態による投射型表示装置においては、いわゆるフライアイインテグレータを構成する第２のレンズ板３の形状を工夫することにより、明るい照明が達成できる構成となっていたが、本実施の形態においては、ロッドインテグレータ８とリレーレンズ２３とを使用した投射型表示装置とするものである。
【００８３】
図８は、本実施の形態による投射型表示装置を示す概略斜視図である。なお、本発明の実施の説明においても、前記第１の実施の形態と同様に、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図８に示す通り定義する。また、本実施の形態による投射型表示装置の要素のうち前記第１の実施の形態による投射型表示装置の要素と同一要素には、同一符号を付している。
【００８４】
本実施の形態による投射型表示装置では、光源１’は、図示しないランプと、当該ランプの背面に配置した凹面鏡である楕円鏡とから構成されている。光源１’から射出された光源光は、当該ランプが楕円鏡の第１焦点に配置されていることから、第２焦点に集光するように進行する。
【００８５】
当該第２焦点位置には、ライトバルブ７の有効表示領域の外形形状と比例した長方形状の断面形状を有し、所定の長さを有する直方体形状の光学ガラス等の透明光学部材から形成されたロッドインテグレータ８の入射端面が配置されている。
【００８６】
ロッドインテグレータ８の入射端面から入射した光源光は、その内面にて全反射を繰り返して入射端面と対向する射出面から射出される。このため、ロッドインテグレータ８の射出面には均一な光強度分布を有する平面光源が形成される。言い換えると、この射出面は、ロッドインテグレータ８の内面反射によってその入射面の位置に形成される複数の光源からの虚像によって重畳的に照明されていることとなり、上述のように均一面光源となる。
【００８７】
ロッドインテグレータ８の射出面から射出した光は、前群レンズ２３−２、後群レンズ２３−１及び瞳位置に配置された開口絞り２３−３とから構成されるリレーレンズ２３に入射する。当該リレーレンズ２３を射出した光は、フィールドレンズ２１を経由して、前記第１の実施の形態と同様な構成のＲ光反射ダイクロイックミラー４、Ｇ光反射ダイクロイックミラー５及びＢ光反射ダイクロイックミラー６から構成される色分解光学系に入射され、当該色分解光学系にて分解反射された各色光は、所定の方向に進行してライトバルブ７に入射される。リレーレンズ２３は、ロッドインテグレータ８の射出面の像をライトバルブ７上に形成させて、ライトバルブ７に対して臨界照明を行う。ライトバルブ７に入射された光束はライトバルブ７によって変調されて射出され、当該射出した投射光は投射レンズ２２に入射され、図示しないスクリーン上に投射される。
【００８８】
そして、本実施の形態では、リレーレンズ２３の開口絞り２３−３は、縦横寸法比を略２対１とした長方形状の開口２３ａを有している。もっとも、本発明では、開口２３ａの形状は楕円形状などの長丸としてもよい。
【００８９】
本実施の形態の説明においても、前記第１の実施の形態と同様に、ライトバルブ７への光束を説明するのに、図８に示すように、当該光束を、Ｙ軸に平行でかつ光軸を含む面内に現れる光束▲１▼と、Ｚ軸に平行でかつ光軸を含む面内に現れる光束▲２▼とに分けて説明する。光束▲１▼と光束▲２▼とは同一光束の見方を変えたものである。
【００９０】
なお、前記第１の実施の形態の説明において述べたように、各ダイクロイックミラー４，５，６の法線とダイクロイックミラー４への入射直前（すなわち、色分解光学系への入射直前）における光軸とがなす平面であって、当該入射直前における光軸を含む平面を、基準平面と定義する。また、基準平面に光学的に対応する平面は、光軸を光学的に等価となるように一直線状に展開したときに前記基準平面に相当する平面とする。
【００９１】
このような定義に従えば、前記光束▲１▼は、前記基準平面に光学的に対応する平面に対して平行な面であって光軸を含む面に現れる光束であり、前記光束▲２▼は、前記光束の前記基準平面に光学的に対応する平面に対して垂直な面であって光軸を含む面に現れる光束である。また、リレーレンズ２３の開口絞り２３−３は、前記基準平面に対応する平面（ＸＹ平面）に対して、当該開口絞り２３−３の長方形状の開口２３ａの長辺の長さ方向（Ｚ方向）が垂直をなすように、配置されていることになる。
【００９２】
図９は、本実施の形態による投射型表示装置の光線図であり、図８において−Ｚ方向に眺めた前記光束▲１▼を示す光線図である。図９に示すように、ロッドインテグレータ８の射出面の中央部の光軸上の光点から射出した光束▲１▼は、リレーレンズ２３に入射し、その開口絞り２３−３の開口２３ａの短辺の長さにて決定される開口数ＮＡ１を有して当該リレーレンズ２３を射出し、ライトバルブ７の光軸上に集光される。
【００９３】
各色光束とも前記開口数ＮＡ１を有し、色分解光学系４，５，６にて色分解された各色光の合成光束の開口数ＮＡ５が後述する開口数ＮＡ３に略一致するように、色分解光学系を構成する各ダイクロイックミラー４，５，６の傾き角度が決定されていることは前記第１の実施の形態と同様である。
【００９４】
ロッドインテグレータ８の射出面の図９に示す上部の光点から射出された光束▲１▼は、リレーレンズ２３に入射し、当該リレーレンズ２３から開口数ＮＡ１を有して光軸に対してＹ方向にずれて進行し、フィールドレンズ２１によってその主光線が光軸に平行とされて、色分解光学系４，５，６に入射され、当該色分解光学系４，５，６にて色分解された各色光は開口数ＮＡ１を有し、各色全体の光束としては開口数ＮＡ５を有してライトバルブ７上の最もＸ側（図９中の左側）に集光され、当該ライトバルブ７を開口数ＮＡ６にて射出される。
【００９５】
ロッドインテグレータ８の射出面の図９に示す下部の光点から射出された光束は、リレーレンズ２３に入射し、当該リレーレンズ２３から開口数ＮＡ１を有して光軸に対して−Ｙ方向にずれて進行し、フィールドレンズ２１によってその主光線が光軸に平行とされて、色分解光学系４，５，６に入射され、当該色分解光学系４，５，６にて分解された各色光は開口数ＮＡ１を有し、各色全体の光束としては開口数ＮＡ５を有してライトバルブ７上の最も−Ｘ側（図９中の右側）に集光される。
【００９６】
以上のようにしてライトバルブ７に入射した各色光としては開口数ＮＡ１を有するが各色全体の光束としては開口数ＮＡ５を有する光束▲１▼は、前記第１の実施の形態の図５に関する説明と同様に、各色光としては開口数ＮＡ２（図示せず）を有するが各色全体の光束としては開口数ＮＡ６を有してライトバルブ７から投射光として射出され、投射レンズ２２に入射される。
【００９７】
図１０は、本実施の形態による投射型表示装置の光線図であり、−Ｙ方向に眺めた前記光束▲２▼を示す光線図である。図１０に示すように、ロッドインテグレータ８の射出面の中央部の光軸上の光点から射出した光束▲２▼は、リレーレンズ２３に入射し、その開口絞り２３−３の開口２３ａの長辺の長さにて決定される開口数ＮＡ３（前記開口数ＮＡ１より大きい）を有して当該リレーレンズ２３を射出し、ライトバルブ７の光軸上に集光される。
【００９８】
ロッドインテグレータ８の射出面の図１０に示す下部の光点から射出された光束▲２▼は、リレーレンズ２３に入射し、当該リレーレンズ２３から開口数ＮＡ３を有して光軸に対してＺ方向にずれて進行し、フィールドレンズ２１によってその主光線が光軸に平行とされて、色分解光学系４，５，６に入射され、当該色分解光学系４，５，６にて色分解された各色光は開口数ＮＡ３を有してライトバルブ７上に集光される。
【００９９】
ライトバルブ７に入射した開口数ＮＡ３を有する各色光束▲２▼は、前記第１の実施の形態の図６に関する説明と同様に、各色とも開口数ＮＡ４（図示せず）を有して当該ライトバルブを射出し、投射レンズ２２に入射される。
【０１００】
なお、開口数ＮＡ５が開口数ＮＡ３と略一致していることから、開口数ＮＡ６も開口数ＮＡ４と略一致している。
【０１０１】
投射レンズ２２は前記第１の実施の形態と同様に開口数ＮＡ４までの入射光束を投射できるように作製されているために、本実施の形態においても、同じ開口数（ＮＡ５＝ＮＡ３）を有する全体光束▲１▼と光束▲２▼を当該投射レンズ２２に入射できるために有効に投射像を投射することができ、高輝度の投射像を得ることができる。
【０１０２】
また、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、ライトバルブ７に形成された画素の形状が長方形形状であっても、従来の投射型表示装置と比して、光束▲２▼の開口数を大とすることができることから、有効に当該画素を長さ方向に照明することができ、大きい開口数ＮＡ４でもって当該ライトバルブ７を射出することができ、同様に高輝度の投射像を投射できる。
【０１０３】
なお、以上の説明からわかるように、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、前記開口数ＮＡ３が前記開口数ＮＡ１より大きく、前記開口数ＮＡ５と前記開口数ＮＡ３とが略同じとされている。前記開口数ＮＡ３は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の光束の各々を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束の開口数であって、前記基準平面（ＸＹ平面）と光学的に対応する平面（ＸＹ平面）に対して垂直な面であって光軸を含む面における開口数である。前記開口数ＮＡ１は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の光束の各々を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束の開口数であって、前記基準平面（ＸＹ平面）と光学的に対応する平面（ＸＹ平面）に対して平行な面であって光軸を含む面における開口数である。前記開口数ＮＡ５は、Ｒ光の光束を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束と、Ｇ光の光束を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束と、Ｂ光の光束を形成するライトバルブ７上の各位置に集光する各光束とが、ライトバルブ７上の同一位置に集光するもの毎に全体として形成する各全体光束（前述した混合光束）の開口数であって、前記基準平面（ＸＹ平面）に光学的に対応する平面（ＸＹ平面）に対して平行な面であって光軸を含む面における開口数である。
【０１０４】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【０１０５】
前述した各実施の形態においては、使用するライトバルブ７において形成される各色光用の画素の形状は、図７に示すような長方形状であるとしたが、その形状に限定されるものではなく、例えば正方形形状の画素を配置したライトバルブを用いても、同様に光束▲２▼を大きい開口数にて照明できるために、従来の投射型表示装置に比して高輝度の投射像を投射することができる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光源の出力を増大させなくても高輝度化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による投射型表示装置を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す投射型表示装置における光束の様子を示す光線図であり、図２（ａ）は図１において−Ｚ方向に眺めた光線図、図２（ｂ）は図１において−Ｙ方向に眺めた光線図である。
【図３】図１に示す投射型表示装置における光束の様子を更に詳細に示す光線図であり、図１において−Ｚ方向に眺めた光線図である。
【図４】図１に示す投射型表示装置における光束の様子を更に詳細に示す光線図であり、図１において−Ｙ方向に眺めた光線図である。
【図５】図１中のライトバルブの概略断面図である。
【図６】図１中のライトバルブの他の概略断面図である。
【図７】図１中のライトバルブの各色用画素の形状及びマイクロレンズの外形形状を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による投射型表示装置を示す概略斜視図である。
【図９】図８に示す投射型表示装置における光束の様子を詳細に示す光線図であり、図８において−Ｚ方向に眺めた光線図である。
【図１０】図８に示す投射型表示装置における光束の様子を詳細に示す光線図であり、図８において−Ｙ方向に眺めた光線図である。
【図１１】従来の投射型表示装置を示す概略構成図である。
【図１２】図１１に示す従来の投射型表示装置のライトバルブを示す概略断面図である。
【符号の説明】
１，１’ 光源
２ 第１のレンズ板
２ａ 第１のレンズ板上のレンズ
３ 第２のレンズ板
３ａ 第２のレンズ板上のレンズ
４ Ｒ光反射ダイクロイックミラー
５ Ｇ光反射ダイクロイックミラー
６ Ｂ光反射ダイクロイックミラー
７ ライトバルブ
８ ロッドインテグレータ
２１ フィールドレンズ
２２ 投射レンズ
２３ リレーレンズ
２３−３ 開口絞り
２３ａ 開口
３０ マイクロレンズアレイ
３１ 基板
３２ マイクロレンズ
４０ 液晶パネル
４１Ｒ Ｒ光用画素電極
４１Ｇ Ｇ光用画素電極
４１Ｂ Ｂ光用画素電極
４２ 対向電極
４３ 液晶層
４４，４５ 基板
Claims (19)
- 光源からの光を、第１の色の光束、第２の色の光束及び第３の色の光束に色分解して、前記第１乃至第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向へそれぞれ射出する色分解光学系と、
前記色分解光学系を射出した前記第１乃至第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向にそれぞれ対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射され、前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、
前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系と、
を備えた投射型表示装置において、
前記色分解光学系は、所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなすようにかつ光入射側から順に配置された第１、第２及び第３のミラー面であって、前記第１のミラー面は前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第２のミラー面は前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第３のミラー面は前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有する、第１、第２及び第３のミラー面を備え、
前記第１の色の光束を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束と、前記第２の色の光束を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束と、前記第３の色の光束を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束とが、前記ライトバルブ上の同一位置に集光するもの毎に全体として形成する各全体光束の第３の開口数であって、前記各ミラー面の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して平行な面であって光軸を含む面における第３の開口数と、前記第１、第２及び第３の色の光束の各々を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束の第１の開口数であって、前記基準平面に光学的に対応する前記平面に対して垂直な面であって光軸を含む面における第１の開口数とが、略同じである、
ことを特徴とする投射型表示装置。 - 光源からの光を、第１の色の光束、第２の色の光束及び第３の色の光束に色分解して、前記第１乃至第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向へそれぞれ射出する色分解光学系と、
前記色分解光学系を射出した前記第１乃至第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向にそれぞれ対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射され、前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、
前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系と、
を備えた投射型表示装置において、
複数のレンズを有し前記光源からの光を複数の光束に分割する第１のレンズ板が、前記光源と前記色分解光学系との間に配置され、
複数のレンズを有し前記第１のレンズ板にて分割された複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳させて照明させる第２のレンズ板が、前記第１のレンズ板と前記色分解光学系との間に配置され、
前記色分解光学系は、所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなすようにかつ光入射側から順に配置された第１、第２及び第３のミラー面であって、前記第１のミラー面は前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第２のミラー面は前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第３のミラー面は前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有する、第１、第２及び第３のミラー面を備え、前記第２のレンズ板を射出した光を前記光源からの光として色分解し、
前記第２のレンズ板における前記複数のレンズが配置されている領域の外形形状は、光軸に対して垂直な第４の方向の長さが、光軸及び前記第４の方向に対して垂直な第５の方向の長さより長い形状を持ち、
前記第２のレンズ板は、前記各ミラー面の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して、前記第４の方向が垂直をなすように配置されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 光源からの光を、第１の色の光束、第２の色の光束及び第３の色の光束に色分解して、前記第１乃至第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向へそれぞれ射出する色分解光学系と、
前記色分解光学系を射出した前記第１乃至第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向にそれぞれ対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射され、前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、
前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系と、
を備えた投射型表示装置において、
前記光源からの光が入射され当該光を射出面から射出し当該射出面を実質的に平面光源とするロッドインテグレータが、前記光源と前記色分解光学系との間に配置され、
前記ロッドインテグレータの前記射出面の像を前記ライトバルブ上に結像させて前記ライトバルブに対して臨界照明を行うリレーレンズが、前記ロッドインテグレータと前記ライトバルブとの間に配置され、
前記色分解光学系は、所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなすようにかつ光入射側から順に配置された第１、第２及び第３のミラー面であって、前記第１のミラー面は前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第２のミラー面は前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第３のミラー面は前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有する、第１、第２及び第３のミラー面を備え、前記ロッドインテグレータからの射出光を前記光源からの光として色分解し、
前記リレーレンズはその瞳の位置には開口絞りを有し、該開口絞りの開口の形状は、光軸に対して垂直な第４の方向の長さが、光軸及び前記第４の方向に対して垂直な第５の方向の長さより長い形状を持ち、
前記開口絞りは、前記各ミラー面の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して、前記第４の方向が垂直をなすように配置されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 照明用の光を発生する光源と、
光軸を含む所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなす複数のミラー面を有し、当該複数のミラー面によって前記光源からの光を複数の色の光束に色分解して各色の光束を互いに異なる所定の方向に射出する色分解光学系と、
前記色分解光学系を射出した前記複数の色の光束がそれぞれ前記所定の方向に対応する方向から集光して入射した際に、入射した前記複数の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、
前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束のそれぞれについての前記所定平面に対して平行な面上であって光軸に対して垂直な方向における開口数を第１開口数とし、前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束のそれぞれについての前記所定平面に対して垂直な面上であって光軸に対して垂直な方向における開口数を第２開口数としたとき、前記第１開口数を対応する前記第２開口数よりも小さくする開口数調整手段と、
前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系と、
を備え、
前記開口数調整手段は、複数のレンズを有し前記光源からの光を複数の光束に分割する第１のレンズ板と、複数のレンズを有し前記第１のレンズ板にて分割された複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳させて照明させる第２のレンズ板とを備えたことを特徴とする投射型表示装置。 - 前記第２のレンズ板は、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向の長さが、前記所定平面に垂直な方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項４記載の投射型表示装置。
- 前記第１のレンズ板は、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向の長さが、前記所定平面に垂直な方向の長さと略等しいことを特徴とする請求項５記載の投射型表示装置。
- 照明用の光を発生する光源と、
光軸を含む所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなす複数のミラー面を有し、当該複数のミラー面によって前記光源からの光を複数の色の光束に色分解して各色の光束を互いに異なる所定の方向に射出する色分解光学系と、
前記色分解光学系を射出した前記複数の色の光束がそれぞれ前記所定の方向に対応する方向から集光して入射した際に、入射した前記複数の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、
前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束のそれぞれについての前記所定平面に対して平行な面上であって光軸に対して垂直な方向における開口数を第１開口数とし、前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束のそれぞれについての前記所定平面に対して垂直な面上であって光軸に対して垂直な方向における開口数を第２開口数としたとき、前記第１開口数を対応する前記第２開口数よりも小さくする開口数調整手段と、
前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系と、
を備え、
前記開口数調整手段は、前記光源からの光を平面光源とするロッドインテグレータと、前記平面光源の像を前記ライトバルブに投影するリレーレンズと、前記リレーレンズの瞳位置に配置される開口絞りとを備えたことを特徴とする投射型表示装置。 - 前記開口絞りの開口は、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向の長さが、前記所定平面に垂直な方向の長さよりも短い形状を持つことを特徴とする請求項７記載の投射型表示装置。
- 前記複数のミラー面は、前記光源からの光を、第１、第２及び第３の色の光束に色分解してこれら第１、第２及び第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向にそれぞれ射出する第１、第２及び第３のミラー面であり、前記第１のミラー面は、前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第２のミラー面は、前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第３のミラー面は、前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有し、
前記ライトバルブは、前記第１、第２及び第３のミラー面を出射した前記第１、第２及び第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向に対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射した際に、入射した前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調することを特徴とする請求項４記載の投射型表示装置。 - 前記開口数調整手段は、前記第１、第２及び第３の色の光束の各々を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する各光束の第１の開口数であって、前記第１、第２及び第３のミラー面の各々の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して垂直な面であって光軸を含む面における第１の開口数を、前記第１、第２及び第３の色の光束の各々を形成する前記ライトバルブ上の各位置に集光する前記各光束の第２の開口数であって、前記基準平面に光学的に対応する前記平面に対して平行な面であって光軸を含む面における第２の開口数より大きくしたことを特徴とする請求項９記載の投射型表示装置。
- 前記複数のミラー面は、前記光源からの光を、第１、第２及び第３の色の光束に色分解してこれら第１、第２及び第３の色の光束を互いに異なる第１、第２及び第３の方向にそれぞれ射出する第１、第２及び第３のミラー面であり、前記第１のミラー面は、前記第１の色の光束を前記第１の方向に反射させるとともに前記第２及び第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第２のミラー面は、前記第２の色の光束を前記第２の方向に反射させるとともに前記第３の色の光束を透過させるダイクロイック特性を有し、前記第３のミラー面は、前記第３の色の光束を前記第３の方向に反射させるダイクロイック特性又は全反射特性を有し、
前記ライトバルブは、前記第１、第２及び第３のミラー面を出射した前記第１、第２及び第３の色の光束が前記第１、第２及び第３の方向に対応する互いに異なる方向からそれぞれ入射した際に、入射した前記第１、第２及び第３の色の光束をそれぞれ変調することを特徴とする請求項７記載の投射型表示装置。 - 前記開口絞りは、前記第１、第２及び第３のミラー面の法線と前記色分解光学系への入射直前における光軸とがなす基準平面であって当該入射直前における光軸を含む基準平面に光学的に対応する平面に対して垂直な第４の方向の長さが、光軸及び前記第４の方向に対して垂直な第５の方向の長さより長い形状を持つことを特徴とする請求項１１記載の投射型表示装置。
- 照明用の光を発生する光源と、
光軸を含む所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなす複数のミラー面を有し、当該複数のミラー面によって前記光源からの光を複数の色の光束に色分解して各色の光束を互いに異なる所定の方向に射出する色分解光学系と、
前記色分解光学系を射出した前記複数の色の光束がそれぞれ前記所定の方向に対応する方向から集光して入射した際に、入射した前記複数の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、
前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束のそれぞれについての前記所定平面に対して平行な面上であって光軸に対して垂直な方向における開口数を第１開口数とし、前記ライトバルブ上に集光する前記複数の色の光束の全体としての前記所定平面に対して垂直な方向における開口数を第２開口数としたとき、前記第１開口数のそれぞれを前記第２開口数と略等しくする開口数調整手段と、
前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系とを備えたことを特徴とする投射型表示装置。 - 前記開口数調整手段は、複数のレンズを有し前記光源からの光を複数の光束に分割する第１のレンズ板と、複数のレンズを有し前記第１のレンズ板にて分割された複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳させて照明させる第２のレンズ板とを備えたことを特徴とする請求項１３記載の投射型表示装置。
- 前記開口数調整手段は、前記光源からの光を平面光源とするロッドインテグレータと、前記平面光源の像を前記ライトバルブに投影するリレーレンズと、前記リレーレンズの瞳位置に配置される開口絞りとを備えたことを特徴とする請求項１３記載の投射型表示装置。
- 照明用の光を発生する光源と、
光軸を含む所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなす複数のミラー面を有し、当該複数のミラー面によって前記光源からの光を複数の色の光束に色分解して各色の光束を互いに異なる所定の方向に射出する色分解光学系と、
前記色分解光学系を射出した前記複数の色の光束がそれぞれ前記所定の方向に対応する方向から集光して入射した際に、入射した前記複数の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、
複数のレンズを有し前記光源からの光を複数の光束に分割する第１のレンズ板と、複数のレンズを有し前記第１のレンズ板にて分割された複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳させて照明させる第２のレンズ板とを有するとともに、前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向に関し、前記第１のレンズ板の屈折力が前記第２のレンズ板の屈折力よりも大である開口数調整手段と、
前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系とを備えたことを特徴とする投射型表示装置。 - 前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向に関する前記第２のレンズ板に対する前記第１のレンズ板の屈折力の差は、前記所定平面に垂直な方向に関する前記第２のレンズ板に対する前記第１のレンズ板の屈折力の差よりも大きいことを特徴とする請求項１６記載の投射型表示装置。
- 照明用の光を発生する光源と、
光軸を含む所定平面に対して垂直をなすとともに互いに所定の角度をなす複数のミラー面を有し、当該複数のミラー面によって前記光源からの光を複数の色の光束に色分解して各色の光束を互いに異なる所定の方向に射出する色分解光学系と、
前記色分解光学系を射出した前記複数の色の光束がそれぞれ前記所定の方向に対応する方向から集光して入射した際に、入射した前記複数の色の光束をそれぞれ変調するライトバルブと、
複数のレンズを有し前記光源からの光を複数の光束に分割する第１のレンズ板と、複数のレンズを有し前記第１のレンズ板にて分割された複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳させて照明させる第２のレンズ板とを有するとともに、前記所定平面に垂直な方向に関し、前記第１のレンズ板の屈折力が前記第２のレンズ板の屈折力よりも小である開口数調整手段と、
前記ライトバルブにて変調された変調光を投射する投射光学系とを備えたことを特徴とする投射型表示装置。 - 前記所定平面に平行で光軸に垂直な方向に関する前記第２のレンズ板に対する前記第１のレンズ板の屈折力の差は、前記所定平面に垂直な方向に関する前記第２のレンズ板に対する前記第１のレンズ板の屈折力の差よりも大きいことを特徴とする請求項１８記載の投射型表示装置。
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|---|---|---|---|
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| JP21962798A Expired - Lifetime JP4175442B2 (ja) | 1997-07-18 | 1998-07-17 | 投射型表示装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2622547C1 (ru) * | 2016-04-21 | 2017-06-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) | Способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях |
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1998
- 1998-07-17 JP JP21962798A patent/JP4175442B2/ja not_active Expired - Lifetime
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