JP4547955B2 - 画像表示装置及び照明範囲調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液晶プロジェクターのような、変調素子を照明するコンデンサー光学系を有する画像表示装置に関する。また、本発明は、そうした画像表示装置における照明範囲の調整方法に関する。

液晶プロジェクターには、周知の通り、光源からの光束に基づいて複数の光源像から成る多光源を形成するオプティカルインテグレータや、この多光源からの光束を集光してＬＣＤ（液晶ディスプレイ）の被照射面を重畳して照明するコンデンサー光学系が設けられており、この照明光が映像信号に応じて変調されることによってＬＣＤで形成された画像が、投影光学系によって投影される。

従来、この液晶プロジェクターのような、変調素子を照明するコンデンサー光学系を有する画像表示装置では、一般に、製造時にコンデンサー光学系を設計図通りに位置決めして配置した後、その位置が固定されていた。

あるいは、こうした画像表示装置において、コンデンサー光学系の位置を、光軸に垂直な平面に沿って上下左右に微調整する機構を設けることを提案した文献もあった（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２７７９６１号公報（段落番号００４５〜００５２、図５〜６）

ところで、製造時にコンデンサー光学系や変調素子を位置決めして配置する際には、個々の画像表示装置毎に多少の位置決め誤差が生じる。そのため、従来の画像表示装置では、ある程度大きな位置決め誤差があっても光の照明範囲が変調素子の画像形成領域から外れないようにするために、画像形成領域の面積に対して光の照明範囲の面積に比較的大きなマージンを持たせなければならなかった。

しかしながら、明るい画像を表示可能な画像表示装置を製造するためには、出来るかぎり光束を減じずに最大限に利用する光利用効率の高い光学系を開発する必要がある。光利用効率の中で、変調素子を照明する照明範囲のマージンの大きさが効率を落とす要因の１つであることはわかっているが、それに対する有効な解決策はなかった。

また、上記特許文献に記載のように光軸垂直面内でコンデンサー光学系の位置を上下左右に微調整したとしても、コンデンサー光学系の焦点距離は一定のままなので、一旦コンデンサー光学系を設置してしまうと照明範囲の大きさは固定されてしまい、光利用効率が低くても変更の方法がなかった。

本発明は、上述の点に鑑み、変調素子を照明するコンデンサー光学系を有する画像表示装置において、照明範囲のマージンの大きさを原因とする光利用効率の低下の問題のような、照明範囲の大きさが固定されていることに起因する問題を解消することを課題としてなされたものである。

この課題を解決するために、本発明は、光束を供給するための光源手段と、この光源手段からの光束のうち可視光線領域外の光束を遮光する遮光手段と、この光源手段からの光束に基づいて複数の光源像から成る多光源を形成するためのオプティカルインテグレータと、このオプティカルインテグレータにより形成された多光源からの光束を集光する第１のコンデンサーレンズと、このコンデンサーレンズから入射した光束を赤色，緑色，青色の波長範囲の光束に分光する分光手段と、この分光手段によって分光された赤色，緑色，青色の波長範囲の光束をそれぞれ集光して被照射面を重畳して照明する第２のコンデンサーレンズ及びリレーレンズと、この被照射面に配置され、赤色，緑色，青色の波長範囲の光束をそれぞれＲＧＢの映像信号に応じて変調する変調手段と、この変調手段による画像を投影する投影光学系とを備えた画像表示装置において、少なくとも第１のコンデンサーレンズを含んだ第１のレンズ群と、少なくとも第２のコンデンサーレンズ及びリレーレンズのうちの１つのレンズを含んだ第２のレンズ群とを、所定の位置から光軸上で互いに遠ざける方向に移動させることにより、移動につれて、この第１のレンズ群，第２のレンズ群のテレセントリシティを保ったまま、この第１のレンズ群及び第２のレンズ群全体の焦点距離が大きくなるようにしたことを特徴とする。

この画像表示装置では、変調素子を照明するコンデンサー光学系のうち、オプティカルインテグレータにより形成された多光源からの光束を集光する第１のコンデンサーレンズを含んだ第１のレンズ群と、分光手段の後方の第２のコンデンサーレンズ及びリレーレンズを含んだ第２のレンズ群とを、所定の位置から光軸上で互いに遠ざける方向に移動させることにより、移動につれて、第１のレンズ群，第２のレンズ群のテレセントリシティを保ったまま、第１及び第２のレンズ群全体の焦点距離が大きくなるようになっているので、第１のレンズ群及び第２のレンズ群を、ある程度焦点距離が大きくなる位置から焦点距離が小さくなる位置に向けて徐々に移動させていく（あるいは、逆に、焦点距離が大きくなる位置に移動させる）ことにより、オプティカルインテグレータとコンデンサー光学系の倍率を変化させて、照明範囲の大きさを調整することができる。

なお、この画像表示装置において、焦点距離を変化させる手段としては、一例として、第１のコンデンサーレンズ，レンズ群の光軸上での位置を調整する機構を備えることが好適である。こうした機構を用いて第１のコンデンサーレンズ，レンズ群を光軸上で互いに反対方向に移動させることにより、容易に第１のコンデンサーレンズ及びレンズ群全体の焦点距離を変化させて照明範囲の大きさを調整することができるようになる。

また、この画像表示装置において、一例として、光軸に垂直な面内での第１のコンデンサーレンズ，レンズ群の位置を調整する機構か、あるいは、第１のコンデンサーレンズ，レンズ群をチルトさせる機構をさらに備えることが好適である。

光利用効率を高めるためには、変調素子の画像形成領域に対する照明範囲のマージンを極力小さくすることが望ましいが、このマージンが小さくなればなるほど、製造時の位置決め誤差を原因として、変調素子の画像形成領域に対して照明範囲が上下左右方向にずれる可能性が高くなる。

そこで、こうした垂直面内の位置調整機構やチルト機構を備えることにより、マージンを小さくした後に、照明範囲を上下左右方向に移動させて、画像形成領域に対するずれを修正することができるようになる。

また、この画像表示装置において、一例として、第１のコンデンサーレンズ，レンズ群を、レンズ面のうち１面以上が非球面となったレンズを用いて構成することが好適である。こうした非球面レンズを多用すればするほど、第１のコンデンサーレンズ及びレンズ群全体の焦点距離を、テレセントリシティを保ちつつ変化させることが容易になる。

次に、本発明は、光束を供給するための光源手段と、この光源手段からの光束のうち可視光線領域外の光束を遮光する遮光手段と、この光源手段からの光束に基づいて複数の光源像から成る多光源を形成するためのオプティカルインテグレータと、このオプティカルインテグレータにより形成された多光源からの光束を集光する第１のコンデンサーレンズと、このコンデンサーレンズから入射した光束を赤色，緑色，青色の波長範囲の光束に分光する分光手段と、この分光手段によって分光された赤色，緑色，青色の波長範囲の光束をそれぞれ集光して被照射面を重畳して照明する第２のコンデンサーレンズ及びリレーレンズと、この被照射面に配置され、赤色，緑色，青色の波長範囲の光束をそれぞれＲＧＢの映像信号に応じて変調する変調手段と、この変調手段による画像を投影する投影光学系とを備え、少なくとも第１のコンデンサーレンズを含んだ第１のレンズ群と、少なくとも第２のコンデンサーレンズ及びリレーレンズのうちの１つのレンズを含んだ第２のレンズ群とを、所定の位置から光軸上で互いに遠ざける方向に移動させることにより、移動につれて、この第１のレンズ群，第２のレンズ群のテレセントリシティを保ったまま、この第１のレンズ群及び第２のレンズ群全体の焦点距離が大きくなるようにした画像表示装置における、変調手段を照明する照明範囲の調整方法において、この第１のレンズ群と第２のレンズ群とを、第１及び第２のレンズ群全体の焦点距離が小さくなる位置に向けて徐々に移動させるか、または第１及び第２のレンズ群全体の焦点距離が大きくなる位置に向けて徐々に移動させ、照明範囲が所定の大きさとなった焦点距離の位置で、第１のレンズ群及び第２のレンズ群の移動を停止させることを特徴とする。

このように、照明範囲が所定の大きさとなる焦点距離の位置まで第１のレンズ群及び第２のレンズ群を光軸上で互いに反対方向に徐々に移動させることにより、第１のレンズ群，第２のレンズ群のテレセントリシティを保ったまま、容易に照明範囲の大きさを調整することができる。

本発明によれば、変調素子を照明するコンデンサー光学系を有する画像表示装置において、このコンデンサー光学系のうち、オプティカルインテグレータにより形成された多光源からの光束を集光する第１のコンデンサーレンズを含んだ第１のレンズ群と、分光手段の後方の第２のコンデンサーレンズ及びリレーレンズを含んだ第２のレンズ群とを、光軸上で互いに反対方向に徐々に移動させることにより、第１のレンズ群，第２のレンズ群のテレセントリシティを保ったまま、第１及び第２のレンズ群全体の焦点距離を移動につれて小さくさせて（あるいは移動につれて大きくさせて）、容易に照明範囲の大きさを調整することができる。したがって、例えば、変調素子の画像形成領域に対する照明範囲のマージンを十分小さくすることができるので、光利用効率を高めて、少ない光束で明るい画像を表示することができるという効果が得られる。

また、第１のコンデンサーレンズ，レンズ群の光軸上での位置を調整する機構を備えることにより、容易に第１のコンデンサーレンズ及びレンズ群全体の焦点距離を変化させて照明範囲の大きさを調整することができるという効果も得られる。

また、光利用効率を高めるために変調素子の画像形成領域に対する照明範囲のマージンを小さくしたようなときに、照明範囲を上下左右方向に移動させて、画像形成領域に対するずれを修正することができるという効果も得られる。

また、第１のコンデンサーレンズ，レンズ群を、レンズ面のうち１面以上が非球面となったレンズを用いて構成することにより、第１のコンデンサーレンズ及びレンズ群全体の焦点距離を、テレセントリシティを保ちつつ変化させることが容易になるという効果も得られる。

以下、本発明を図面を用いて具体的に説明する。図１は、本発明を適用した３板式液晶プロジェクターの光学構成の一例を示す図である。光源１から射出された光束は、不図示のレンズ系により平行光束化され、ＵＶ−ＩＲカットフィルター２により可視光線領域外の光束を遮光されて、オプティカルインテグレータ３に入射する。オプティカルインテグレータ３は、光源１からの光束に基づいて、複数の光源像から成る多光源を形成する。

このオプティカルインテグレータ３により形成された多光源からの光束は、コンデンサーレンズＬ１１を経てダイクロイックミラー４に入射する。ダイクロイックミラー４は、赤色の波長範囲の光束を反射してその他の波長範囲の光束を透過させる。ダイクロイックミラー４で反射された赤色の波長範囲の光束は、反射ミラー６を経て、コンデンサーレンズＬ１４により、被照射面に配置されるＬＣＤ９を重畳して照明する。

ダイクロイックミラー４を透過した光束は、ダイクロイックミラー５に入射する。ダイクロイックミラー５は、緑色の波長範囲の光束を反射してその他の波長範囲の光束を透過させる。ダイクロイックミラー５で反射された緑色の波長範囲の光束は、コンデンサーレンズＬ１２により、被照射面に配置されるＬＣＤ１０を重畳して照明する。

ダイクロイックミラー５を透過した青色の波長範囲の光束は、リレーレンズＬ１３，反射ミラー７，リレーレンズＬ１５，反射ミラー８を経て、コンデンサーレンズＬ１６により、被照射面に配置されるＬＣＤ１１を重畳して照明する。なお、このようにしてＬＣＤ９乃至１１を照明するコンデンサー光学系は、入射瞳面が投射レンズ１３の入射瞳面と共役関係にある。

ＬＣＤ９，ＬＣＤ１０，ＬＣＤ１１では、赤色，緑色，青色の波長範囲の光束がそれぞれＲＧＢの映像信号に応じて変調される。これらＬＣＤ９乃至１１で変調された赤色，緑色，青色の波長範囲の光束は、クロスプリズム１２によって再び重ね合わされ、投射レンズ１３に入射して不図示のスクリーン上に拡大投影される。

このように、オプティカルインテグレータ３により形成された多光源からの光束は、ダイクロイックミラー４及び５によって光路を分割され、レンズの組み合わせ（Ｌ１１，Ｌ１２）や（Ｌ１１，Ｌ１４）や（Ｌ１１，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５）によって集光されて被照射面を重畳して照明する。

図２は、このレンズの組み合わせをわかりやすく説明するために、図１のプロジェクターの光学構成を、ＵＶ−ＩＲカットフィルターやミラーを省略し、レンズの組み合わせを直線上に描いて示したものであり、ｚ方向が光軸方向である。レンズ群ＬＡ，レンズ群ＬＢは、それぞれ１枚のレンズまたは２枚以上のレンズの組み合わせから成っており、レンズ群ＬＡとレンズ群ＬＢとで１つのコンデンサーレンズ系を成している。

図１のレンズの組み合わせ（Ｌ１１，Ｌ１２）の場合には、レンズ群ＬＡはレンズＬ１１から成り、レンズ群ＬＢはレンズＬ１２から成る。

図１のレンズの組み合わせ（Ｌ１１，Ｌ１４）の場合には、レンズ群ＬＡはレンズＬ１１から成り、レンズ群ＬＢはレンズＬ１４から成る。

図１のレンズの組み合わせ（Ｌ１１，Ｌ１３，Ｌ１５，Ｌ１６）の場合には、レンズ群ＬＡがレンズＬ１１から成りレンズ群ＬＢがレンズＬ１３から成るケースや、レンズ群ＬＡがレンズＬ１１から成りレンズ群ＬＢがレンズＬ１５から成るケースや、レンズ群ＬＡがレンズＬ１１から成りレンズ群ＬＢがレンズＬ１６から成るケースや、レンズ群ＬＡがレンズＬ１１及びレンズＬ１３から成りレンズ群ＬＢがレンズＬ１５から成るケース等の、いろいろなケースが考えられる。

本発明は、このレンズ群ＬＡ及びＬＢから成るコンデンサーレンズ系の焦点距離を変化させることにより、コンデンサー光学系による光の照明範囲の大きさを調整するものである。なお、ここでは、レンズ群ＬＡ，ＬＢをそれぞれ１枚のレンズで構成するとともに、光軸上で図２に示した位置（ｚ１とする）にあるときのレンズデータが下記の表１の通りとなるようにレンズ群ＬＡ，ＬＢを設計する。

この表１において、ｓ（面番号）＝１は、オプティカルインテグレータ３の光の出射面の近傍の２次光源面である。また、ｓ＝２はレンズ群ＬＡの光の入射面であり、ｓ＝３はレンズ群ＬＡの光の出射面であり、ｓ＝４はレンズ群ＬＢの光の入射面であり、ｓ＝５はレンズ群ＬＢの光の出射面である。

図３は、コンデンサーレンズ系の焦点距離を変化させるために３板式液晶プロジェクター内に設けたレンズ位置調整機構の構成例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。レンズ群ＬＡがホルダ２１に保持されており、このホルダ２１の下面に脚部２２が取り付けられている。また、両端にストッパ２５を取り付けたレール２４が、光軸方向に延びている。

レンズ群ＬＡは、ホルダ２１の下面の脚部２２をこのレール２４に載せてレール２４上をスライドさせることにより、光軸上に移動させることが可能になっている。

また、脚部２２にはネジ穴が開けられており、このネジ穴を介してネジ２３で脚部２２をレール２４に対して固定することにより、レンズ群ＬＡの光軸上の位置を固定することが可能になっている。レンズ群ＬＢも、全く同様なレンズ位置調整機構によって光軸上で移動可能になっている。

次に、このレンズ群ＬＡ，ＬＢの移動によるコンデンサーレンズ系の焦点距離の変化の様子を説明する。レンズ群ＬＡ，ＬＢを、図２に示した位置ｚ１から、図４に示す位置（ｚ３とする）まで、光軸上で互いに遠ざけるように（レンズ群ＬＡを光源１寄りに、レンズ群ＬＢを被照射面寄りに）移動させる。

下記の表２は、この移動の途中の位置（ｚ２とする）でのレンズ群ＬＡ，ＬＢのレンズデータを示している。１面から２面までの距離，３面から４面までの距離，５面から被照射面までの距離は変化しているが、１面から被照射面までの全長は変化していない。

下記の表３は、図４の位置ｚ３でのレンズ群ＬＡ，ＬＢのレンズデータを示している。１面から２面までの距離，３面から４面までの距離，５面から被照射面までの距離は変化しているが、１面から被照射面までの全長は変化していない。

下記の表４は、これらの位置ｚ１〜ｚ３での被照射面における主光線の角度（単位は分）を、画角比が１の場合と画角比が０．７５の場合についてそれぞれ示している。

下記の表５は、これらの位置ｚ１〜ｚ３でのレンズ群ＬＡ，ＬＢ全体の焦点距離を示している。

下記の表６は、これらの位置ｚ１〜ｚ３での被照射面における照明範囲の面積比（状態ｚ１での照射面積を１とした面積比）を示している。

表４に見られるように、位置ｚ１〜ｚ３のいずれでも、被照射面における主光線の角度は±１分以内になっている。したがって、レンズ群ＬＡ，ＬＢは、テレセントリシティを保ったまま、図２の位置から図４の位置に移動している。

また、表５に見られるように、レンズ群ＬＡ，ＬＢが図２の位置から図４の位置に移動するにつれて、レンズ群ＬＡ及びＬＢ全体の焦点距離が大きくなっている。このように、レンズ群ＬＡ，ＬＢは、光軸上を移動させることによって全体の焦点距離を可変にするズーム系を成しており、また、表１〜３に示されるように、２次光源面から被照射面までの全長を一定に保ったまま被照射面近傍に焦点位置がくるように設計されている。

そして、このようにレンズ群ＬＡ及びＬＢから成るコンデンサーレンズ系の焦点距離が変化することにより、オプティカルインテグレータとコンデンサーレンズ系の倍率が変化するので、表６に見られるように、被照射面における照明範囲の面積が変化している。

このように、この３板式液晶プロジェクターでは、ＬＣＤを照明するコンデンサー光学系を光軸上で移動させることにより、容易にコンデンサー光学系の焦点距離を変化させて、被照射面における照明範囲の大きさを調整することができる。

したがって、例えば、レンズ群ＬＡ，ＬＢを、図４のようにある程度焦点距離が大きくなる位置（照明範囲がＬＣＤの画像形成領域よりもある程度大きくなる位置）から、図２のように焦点距離が小さくなる位置に向けて徐々に移動させていき、ＬＣＤの画像形成領域に画欠け（光が照射されない箇所）が生じる直前の位置で移動を停止してその位置を固定することにより、ＬＣＤの画像形成領域に対する照明範囲のマージンが十分に小さくなるので、光利用効率を高めて、少ない光束で明るい画像を表示することができる。

あるいは、逆に、レンズ群ＬＡ，ＬＢを焦点距離が大きくなる位置に移動させることによって照明範囲のマージンを大きくとれば、光線の熱によるＬＣＤの劣化を防ぐことができる。

なお、光利用効率を高めるためには、変調素子の画像形成領域に対する照明範囲のマージンを極力小さくすることが望ましいが、このマージンが小さくなればなるほど、製造時の位置決め誤差を原因として、変調素子の画像形成領域に対して照明範囲が上下左右方向にずれる可能性が高くなる。そこで、照明範囲のマージンを小さくする場合には、この３板式液晶プロジェクター内に、光軸に垂直な面内でのレンズ群ＬＡ，ＬＢの位置を調整する機構か、あるいは、レンズ群ＬＡ，ＬＢをチルトさせる機構をさらに備えることが好適である。

光軸に垂直な面内での位置を調整する機構としては、例えば、レンズの面積より幾分面積の広い枠状のホルダに、レンズをこの枠内で光軸に垂直な面内の一定の向きに押し付けるバネ部材と、このバネ部材の力に対抗してレンズをこの一定の向きとは反対の向きに移動させるためのネジとを設けたものが考えられる。

こうした垂直面内の位置調整機構やチルト機構を備えることにより、マージンを小さくした後に、照明範囲を上下左右方向に移動させて、画像形成領域に対するずれを修正することができるようになる。

なおレンズ群ＬＡ，ＬＢを光軸上で移動させる機構としては、図３に例示した機構以外の適宜の機構（例えば、カメラのズームレンズのように、カムを用いて移動させるもの）を用いてもよい。

また、以上の例では、レンズ群ＬＡ，ＬＢをそれぞれ１枚のレンズで構成した場合について説明した。しかし、これに限らず、レンズ群ＬＡ，ＬＢのうちの少なくとも一方を２枚以上のレンズで構成した場合にも、やはり、テレセントリシティを保ったままコンデンサー光学系の焦点距離を変化さることが可能である。

また、以上の例では、表１に示したように、レンズ群ＬＡ，ＬＢをそれぞれ球面レンズで構成している。しかし、レンズ群ＬＡ，ＬＢを、レンズ面のうち１面以上が非球面となったレンズを用いて構成することが一層好適である。こうした非球面レンズを多用すればするほど、コンデンサー光学系の焦点距離を、テレセントリシティを保ちつつ変化させることが容易になる。

また、以上の例では、コンデンサーレンズ系を、光軸上を移動可能な２つのレンズ群ＬＡ，ＬＢで構成している。しかし、これに限らず、コンデンサーレンズ系を、光軸上を移動可能な３つ以上のレンズ群で構成してもよい。あるいは逆に、コンデンサー光学系の焦点距離をあまり大きく変化させる必要がない場合には、２つのレンズ群ＬＡ，ＬＢのうちの一方のレンズ群だけを光軸上で移動可能にし、残りの一方のレンズ群は光軸上の位置を固定するようにしてもよい。

また、３板式液晶プロジェクターには、図１に例示したような光学構成のもの以外に、図５に示すように、光源と投射レンズとが直列に配列された光学構成のものもあり、そうした３板式液晶プロジェクターにも本発明を適用してよい。この３板式液晶プロジェクターでは、光源３１から射出された光束は、不図示のレンズ系により平行光束化され、ＵＶ−ＩＲカットフィルター３２により可視光線領域外の光束を遮光されて、オプティカルインテグレータ３３に入射する。オプティカルインテグレータ３３は、光源３１からの光束に基づいて、複数の光源像から成る多光源を形成する。

オプティカルインテグレータ３３により形成された多光源からの光束は、コンデンサーレンズＬ２１を経てクロスダイクロイックミラー３４に入射する。ダイクロイックミラー３４は、赤色の波長範囲の光束を反射してその他の波長範囲の光束を透過させるダイクロイックミラーと、青色の波長範囲の光束を反射してその他の波長範囲の光束を透過させるダイクロイックミラーとを交差させたものである。

ダイクロイックミラー３４で反射された赤色の波長範囲の光束は、反射ミラー３５，リレーレンズＬ２３，リレーレンズＬ２４，反射ミラー３６を経て、コンデンサーレンズＬ２７により、被照射面に配置されるＬＣＤ３９を重畳して照明する。

ダイクロイックミラー３４を透過した緑色の波長範囲の光束は、コンデンサーレンズＬ２２により、被照射面に配置されるＬＣＤ４０を重畳して照明する。

ダイクロイックミラー３４で反射された青色の波長範囲の光束は、反射ミラー３７，リレーレンズＬ２５，リレーレンズＬ２６，反射ミラー３８を経て、コンデンサーレンズＬ２８により、被照射面に配置されるＬＣＤ４１を重畳して照明する。なお、このようにしてＬＣＤ３９乃至４１を照明するコンデンサー光学系は、入射瞳面が投射レンズ４３の入射瞳面と共役関係にある。

ＬＣＤ３９，ＬＣＤ４０，ＬＣＤ４１では、赤色，緑色，青色の波長範囲の光束がそれぞれＲＧＢの映像信号に応じて変調される。これらＬＣＤ３９乃至４１で変調された赤色，緑色，青色の波長範囲の光束は、クロスプリズム４２によって再び重ね合わされ、投射レンズ４３に入射して不図示のスクリーン上に拡大投影される。

このように光源と投射レンズとを直列に配列したプロジェクターでは、光源と変調素子の間の距離が短くなるので、光量損失が少なくなるとともに、光学系を小型化することができる。なお、クロスダイクロイックミラー３４の代わりに、クロスプリズムを用いても構わない。

このプロジェクターでも、オプティカルインテグレータ３３により形成された多光源からの光束は、クロスダイクロイックミラー３４によって光路を分割され、レンズの組み合わせ（Ｌ２１，Ｌ２３，Ｌ２４，Ｌ２７）や（Ｌ２１，Ｌ２２）や（Ｌ２１，Ｌ２５，Ｌ２６，Ｌ２８）によって集光されて被照射面を重畳して照明する。

図５は、このレンズの組み合わせをわかりやすく説明するために、図５のプロジェクターの光学構成を、ＵＶ−ＩＲカットフィルターや反射ミラーを省略し、レンズの組み合わせを直線上に描いて示したものであり、ｚ方向が光軸方向である。レンズ群ＬＡ，レンズ群ＬＢは、それぞれ１枚のレンズまたは２枚以上のレンズの組み合わせから成っており、レンズ群ＬＡとレンズ群ＬＢとで１つのコンデンサーレンズ系を成している。

図５のレンズの組み合わせ（Ｌ２１，Ｌ２２）の場合には、レンズ群ＬＡはレンズＬ２１から成り、レンズ群ＬＢはレンズＬ２２から成る。

図５のレンズの組み合わせ（Ｌ２１，Ｌ２３，Ｌ２４，Ｌ２７）の場合には、レンズ群ＬＡがレンズＬ２１から成りレンズ群ＬＢがレンズＬ２３から成るケースや、レンズ群ＬＡがレンズＬ２１から成りレンズ群ＬＢがレンズＬ２４から成るケースや、レンズ群ＬＡがレンズＬ２１から成りレンズ群ＬＢがレンズＬ２７から成るケースや、レンズ群ＬＡがレンズＬ２１及びレンズＬ２３から成りレンズ群ＬＢがレンズＬ２４から成るケース等の、いろいろなケースが考えられる。図５のレンズの組み合わせ（Ｌ２１，Ｌ２５，Ｌ２６，Ｌ２８）の場合も同様である。

このように、クロスダイクロイックミラー３４が存在していても、なんら問題なく、レンズ群ＬＡやレンズ群ＬＢを光軸上で移動させることにより、レンズ群ＬＡ及びＬＢから成るコンデンサーレンズ系の焦点距離を変化させて、照明範囲の大きさを変化させることができる。

また、以上の例では、コンデンサーレンズ系を構成するレンズを光軸上で移動させることによってコンデンサーレンズ系の焦点距離を変化させているが、これ以外の方法（例えば、レンズそのものを異なる焦点距離のレンズに交換する）によってコンデンサーレンズ系の焦点距離を変化させるようにしてもよい。

また、以上の例では、スクリーンの前面に映像を投影するフロント式の液晶プロジェクターに本発明を適用している。しかし、本発明は、これに限らず、スクリーンの背面に映像を投影して前面からその映像を見るリア式の液晶プロジェクターや、ＬＣＤ以外の変調素子（例えばＤＭＤ：デジタルマイクロミラーデバイス）を用いたプロジェクターなど、変調素子を照明するコンデンサー光学系を有するあらゆる画像表示装置に適用してよい。

本発明を適用した液晶プロジェクターの光学構成例を示す図である。 図１の光学構成を簡略に示した図である。 レンズ位置調整機構の構成例を示す図である。 図２のレンズ群を光軸上で移動させた状態を示す図である。 本発明を適用した液晶プロジェクターの別の光学構成例を示す図である。 図５の光学構成を簡略に示した図である。

符号の説明

１ 光源
９ ＬＣＤ
１０ ＬＣＤ
１１ ＬＣＤ
３１ 光源
３９ ＬＣＤ
４０ ＬＣＤ
４１ ＬＣＤ
Ｌ１１ コンデンサーレンズ
Ｌ１２ コンデンサーレンズ
Ｌ１３ リレーレンズ
Ｌ１４ コンデンサーレンズ
Ｌ１５ リレーレンズ
Ｌ１６ コンデンサーレンズ
Ｌ２１ コンデンサーレンズ
Ｌ２２ コンデンサーレンズ
Ｌ２３ リレーレンズ
Ｌ２４ リレーレンズ
Ｌ２５ リレーレンズ
Ｌ２６ リレーレンズ
Ｌ２７ コンデンサーレンズ
Ｌ２８ コンデンサーレンズ
ＬＡ レンズ群
ＬＢ レンズ群

Claims (8)

1. 光束を供給するための光源手段と、
   前記光源手段からの光束のうち可視光線領域外の光束を遮光する遮光手段と、
   前記光源手段からの光束に基づいて複数の光源像から成る多光源を形成するためのオプティカルインテグレータと、
   前記オプティカルインテグレータにより形成された多光源からの光束を集光する第１のコンデンサーレンズと、
   前記コンデンサーレンズから入射した光束を赤色，緑色，青色の波長範囲の光束に分光する分光手段と、
   前記分光手段によって分光された赤色，緑色，青色の波長範囲の光束をそれぞれ集光して被照射面を重畳して照明する第２のコンデンサーレンズ及びリレーレンズと、
   前記被照射面に配置され、赤色，緑色，青色の波長範囲の光束をそれぞれＲＧＢの映像信号に応じて変調する変調手段と、
   前記変調手段による画像を投影する投影光学系と
   を備えた画像表示装置において、
   少なくとも前記第１のコンデンサーレンズを含んだ第１のレンズ群と、少なくとも前記第２のコンデンサーレンズ及びリレーレンズのうちの１つのレンズを含んだ第２のレンズ群とを、所定の位置から光軸上で互いに遠ざける方向に移動させることにより、移動につれて、前記第１のレンズ群，前記第２のレンズ群のテレセントリシティを保ったまま、前記第１及び第２のレンズ群全体の焦点距離が大きくなるようにした
   画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置において、
   前記焦点距離を変化させる手段として、前記第１のレンズ群，前記第２のレンズ群の光軸上での位置を調整する機構を備えた
   画像表示装置。
3. 請求項１または２に記載の画像表示装置において、
   光軸に垂直な面内での前記第１のレンズ群，前記第２のレンズ群の位置を調整する機構をさらに備えた
   画像表示装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の画像表示装置において、
   前記第１のレンズ群，前記第２のレンズ群をチルトさせる機構をさらに備えた
   画像表示装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の画像表示装置において、
   前記第１のレンズ群，前記第２のレンズ群は、レンズ面のうち１面以上が非球面となったレンズから成る
   画像表示装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の画像表示装置において、
   前記第１のレンズ群，前記第２のレンズ群は、前記第１及び第２のレンズ群全体の焦点を前記変調手段の近傍に結ぶ
   画像表示装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の画像表示装置において、
   前記第１のコンデンサーレンズと前記第２のコンデンサーレンズ及びリレーレンズとから成るコンデンサー光学系は、入射瞳面が前記投影光学系の入射瞳面と共役関係にある
   画像表示装置。
8. 光束を供給するための光源手段と、
   前記光源手段からの光束のうち可視光線領域外の光束を遮光する遮光手段と、
   前記光源手段からの光束に基づいて複数の光源像から成る多光源を形成するためのオプティカルインテグレータと、
   前記オプティカルインテグレータにより形成された多光源からの光束を集光する第１のコンデンサーレンズと、
   前記コンデンサーレンズから入射した光束を赤色，緑色，青色の波長範囲の光束に分光する分光手段と、
   前記分光手段によって分光された赤色，緑色，青色の波長範囲の光束をそれぞれ集光して被照射面を重畳して照明する第２のコンデンサーレンズ及びリレーレンズと、
   前記被照射面に配置され、赤色，緑色，青色の波長範囲の光束をそれぞれＲＧＢの映像信号に応じて変調する変調手段と、
   前記変調手段による画像を投影する投影光学系と
   を備え、
   少なくとも前記第１のコンデンサーレンズを含んだ第１のレンズ群と、少なくとも前記第２のコンデンサーレンズ及びリレーレンズのうちの１つのレンズを含んだ第２のレンズ群とを、所定の位置から光軸上で互いに遠ざける方向に移動させることにより、移動につれて、前記第１のレンズ群，前記第２のレンズ群のテレセントリシティを保ったまま、前記第１及び第２のレンズ群全体の焦点距離が大きくなるようにした画像表示装置における、前記変調手段を照明する照明範囲の調整方法において、
   前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群とを、前記第１及び第２のレンズ群全体の焦点距離が小さくなる位置に向けて徐々に移動させるか、または前記第１及び第２のレンズ群全体の焦点距離が大きくなる位置に向けて徐々に移動させ、
   前記照明範囲が所定の大きさとなった焦点距離の位置で、前記第１のレンズ群及び前記第２のレンズ群の移動を停止させる
   照明範囲調整方法。

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