JP4827371B2

JP4827371B2 - 投射型表示光学系および投射型画像表示装置

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Publication number: JP4827371B2
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Inventors: 和宏猪子
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Publication date: 2011-11-30
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Description

本発明は、光源からの光束を画像形成素子によって変調し、変調後の光束を投射光学系を介して拡大投射する投射型表示光学系に関するものである。

液晶ライトバルブなどの画像形成素子を用い、画像情報に対応して変調された光束を投射レンズによってスクリーンなどの被投射面に拡大投射する投射型画像表示装置が注目されている。このような投射型画像表示装置としては、スクリーンに投射された画像が全体に渡って均一に近い明るさを有していることが重要である。

このような投射型画像表示装置の光学系のうちライトバルブを照明する照明光学系は、例えば図８Ａのように構成されている（例えば、特許文献１参照）。なお、図８Ａでは、説明を容易にするため、照明光学系の機能を説明するための主要な構成要素のみを示している。

光源系１００は、光源ランプ１０１から全方向に発する光束を、リフレクタ１０２で集光して前方に射出する。光学インテグレータ２００は、インテグレータ光学系２００は、１次元または２次元方向に複数のレンズ部が配列された第１および第２インテグレータ２０１，２０２により構成され、光源系１００からの光束を複数に分割し、該複数の光束によって複数の光源像を形成する。また、コンデンサ光学系３００は、１又は複数枚構成のコンデンサレンズ３０１を有し、インテグレータ光学系２００からの複数の分割光束を集光して、被照明面であるライトバルブ４００を重畳的に照明する。

光源ランプ１０１から射出された放射状の光束は、リフレクタ１０２によって反射され、略平行な光束として射出される。第１インテグレータ２０１は、光源系１００からの光束に基づいて第２インテグレータ２０２の近傍に複数の光源像をつくる。一方、第１インテグレータ２０１の各レンズ部は、第２インテグレータ２０２とコンデンサレンズ３０１について被照明面（ライトバルブ）と共役であり、各レンズ部はコンデンサレンズ３０１によって重畳的に被照明面に結像される。

最近の投射型画像表示装置においては、被照明面における光束角度分布を全面で均一にするために、物体面を第１インテグレータ２０１とし、像面を被照明面とする第２インテグレータ２０２およびコンデンサレンズ３０１からなるレンズ系において、射出瞳が略無限遠方となる所謂「像側テレセントリック光学系」となるよう配置が決められている。このため、第１インテグレータ２０１の中心のレンズ部の端から発して絞り（第２インテグレータ２０２の対応レンズ部）の中心を通過する主光線は、ライトバルブの端を略平行光線として通過することになる。

さらに、上記インテグレータとして、１次元方向に配列されたシリンドリカルレンズアレイをライトバルブの一断面方向に使用して、それと直交する断面にはアフォーカルなレンズ系を用いた非対称な照明光学系も提案されている。そのような照明光学系の構成を、図８Ｂに示す。

図８Ｂは、図８Ａの紙面に垂直な方向の断面である。図８Ｂに示す断面においては、インテグレータ光学系２００およびコンデンサ光学系３００は屈折力を持っていない。したがって、光源系１００から射出された略平行な光束はアフォーカル光学系６００によってある瞳倍率によって圧縮され、ライトバルブ４００に再び略平行光束として到達しこれを照明する。

また、上記のような照明光学系によって照明されたライトバルブをスクリーンに拡大投射する投射光学系５００も、照明光学系７００に合わせるために、入射瞳が無限遠方にある「物体側テレセントリック光学系」として設計されている。
特開平２００１−２１５６１０号公報（段落００５４〜００５５、図５等）

ところで近年の投射型画像表示装置では、机等の上に設置する際に、投射レンズからの投射光束が机等によってけられないように、図８Ａに示すように照明光学系の光軸ＩＬおよびライトバルブ４００の原画形成面（表示面）の中心に対して投射光学系５００の光軸ＰＬを上側にシフト（平行移動）させている。したがって、図８Ａに点線で示すように、投射光学系５００の光軸ＰＬよりも下側の像高が高くなる（該光軸から離れる）ほど、投射光学系５００の光束の取り込み角度（コーン）θ_ＬＯＷが小さくなり、投射される画像の上部において周辺光量落ちが生じる。

一方、前述したような非対称の照明光学系では、インテグレータ光学系２００を構成するレンズ部が１次元方向にしか配列されていないため、レンズ部の数を減らざるを得ない。したがって、レンズ部ごとの明るさ分布に差が生じ、上記周辺光量低下と相まって投射画像に明るさむらが生じる原因となっている。

本発明は、投射光学系の光軸が照明光学系の光軸および画像形成素子の中心に対してシフトしていても、投射画像における周辺光量落ちや明るさむらの発生を抑えることができるようにした投射型表示光学系およびこれを備えた投射型画像表示装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明の投射型画像表示装置の第１の形態は、原画を形成する液晶ライトバルブと、第１方向（所定方向）に配列された複数のレンズ部を含み、光源からの光束を複数の光束に分割する第１インテグレータと、前記複数のレンズ部にそれぞれ対応した複数のレンズ部を有する第２インテグレータと、前記複数の分割光束を液晶ライトバルブ上で重畳させるコンデンサ光学系とを有する照明光学系と、前記液晶ライトバルブからの光束を被投射面に投射する投射光学系とを備えた投射型画像表示装置であって、前記投射光学系の光軸が、前記照明光学系の光軸および前記液晶ライトバルブの中心に対して前記第１方向にシフトしており、前記第１インテグレータの各レンズ部における少なくとも２点から射出して該レンズ部に対応する前記第２インテグレータのレンズ部の中心を通る光線が、互いに非平行となって（例えば、拡散して）前記液晶ライトバルブに入射しており、かつ以下の条件を満足することを特徴とする。
０．０１＜|ｙ’|／|Ｌｉｌｌ|＜０．１５ …（１）
ここで、ｙ’は前記第１の方向における前記液晶ライトバルブの中心からの高さであり、Ｌ_ｉｌｌは前記液晶ライトバルブから前記照明光学系の射出瞳までの距離である。

また、本発明の投射型表示光学系の第２の形態は、原画を形成する液晶ライトバルブと、第１方向（所定方向）に配列された複数のレンズ部を含み、光源からの光束を複数の光束に分割する第１インテグレータと、前記複数のレンズ部にそれぞれ対応した複数のレンズ部を有する第２インテグレータと、前記複数の分割光束を前記液晶ライトバルブ上で重畳させるコンデンサ光学系を有する照明光学系と、前記液晶ライトバルブからの光束を被投射面に投射する投射光学系とを有する投射型画像表示装置であって、前記投射光学系の光軸が、前記照明光学系の光軸および前記液晶ライトバルブの中心に対して前記第１方向のうちの一方の側にシフトしており、前記第１インテグレータにおいて前記照明光学系の光軸に対して前記第１方向にて対称な位置に配置された一対のレンズ部をそれぞれ第１および第２レンズ部とし、該第１レンズ部から射出して該第１レンズ部に対応する前記第２インテグレータのレンズ部の中心を通り前記液晶ライトバルブにおける中心よりも前記第１方向のうちの他方の側にある照明点に至る光線を第１の光線とし、前記第２レンズ部から射出して該第２レンズ部に対応する前記第２インテグレータのレンズ部の中心を通り前記液晶ライトバルブの前記照明点に至る光線を第２の光線とするとき、前記第１の光線と前記第２の光線とのなす角度の二等分線が、前記照明光学系の光軸に対して傾いており（例えば、照明光学系側から画像形成素子に近づくほど照明光学系の光軸から離れる）、かつ以下の条件を満足することを特徴とする。
０．０１＜|ｙ’|／|Ｌｉｌｌ|＜０．１５ …（１）
ここで、ｙ’は前記第１の方向における前記液晶ライトバルブの中心からの高さであり、Ｌ_ｉｌｌは前記液晶ライトバルブから前記照明光学系の射出瞳までの距離である。

上記各発明によれば、投射光学系の光軸が照明光学系の光軸および画像形成素子の中心に対してシフトしていても、投射画像における周辺光量落ちや明るさむらの発生を抑え、均一な明るさを有する画像を投射することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である投射型表示光学系のうち、画像形成素子としての液晶ライトバルブ４００を照明する照明光学系の構成を示す。図１は、照明光学系の側面図である。なお、図１では、説明を容易にするため、照明光学系の機能を説明するための主要な構成要素のみを示している。また、以下の説明で用いる「上」，「下」の語は紙面の上下と一致している。

照明光学系７００は、光源系１００と、インテグレータ光学系２００と、コンデンサ光学系３００とを有する。光源系１００は、水銀ランプ等の光源ランプ１０１と、この光源ランプ１０１から全方向に発する光束を集光して前方に射出するリフレクタ１０２とを有する。

また、インテグレータ光学系２００は、この図および投射画面の上下方向（所定方向）に１次元配列された複数のレンズ部２０１ａを有する第１インテグレータ２０１と、第１インテグレータ２０１の複数のレンズ部２０１ａのそれぞれに対応するレンズ部２０２ａを複数、上下方向に一次元配列した第２インテグレータ２０２とを有する。第１および第２インテグレータ２０１，２０２のレンズ部２０１ａ，２０２ａはそれぞれ、図の紙面に垂直な方向（投射画面における左右方向）に延びる母線を有するシリンドリカルレンズ面を有する。但し、各レンズ部の形状は、シリンドリカルレンズ形状に限定されるわけではなく、他のレンズ形状を採用してもよい。

図１中において、シリンドリカルレンズの形状は、第１インテグレータが光源側が凸面で液晶ライトバルブ４００側が略平面、第２インテグレータが光源側の面が略平面で液晶ライトバルブ側が凸面になっているが、これはこの限りではなく、凸面がどちら側を向いていても構わないし、また両側が凸面のシリンドリカルレンズであっても構わない。また、各インテグレータ２０１，２０２を構成するレンズ部２０１ａ，２０２ａの数は、図１中では５個として描かれているが、３個以上１５個（１５段）以下、より好ましくは８個以上１２個以下であることが好ましい。

なお、図１では、第１および第２インテグレータ２０１，２０２を２つの素子により構成しているが、これらを一体の１つの素子として構成してもよい。このインテグレータ光学系２００は、光源光学系１００から光束を複数の光束に分割する。

また、コンデンサ光学系３００は、１枚又は複数枚構成のコンデンサレンズ３０１により構成され、インタグレータ光学系２００からの複数の分割光束をそれぞれ集光して互いに重畳させ、被照明面となる液晶ライトバルブ４００の原画形成面（表示面）を照明する。

なお、本実施例の投射型表示光学系を搭載する投射型画像表示装置においては、ライトバルブ４００に、これを駆動して原画を形成させる駆動回路８００が接続されている。駆動回路８００には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ、ビデオ等の画像情報供給装置９００が接続されている。駆動回路８００は、画像情報供給装置９００から入力された画像情報に基づいて液晶ライトバルブ４００を駆動する。なお、この構成は、図示しないが、他の実施例でも同様である。

また、本実施例において、図８Ｂに示した光学系と同様に、図１の断面と直交する断面においては、インテグレータ光学系２００およびコンデンサ光学系３００は屈折力を持っていない。したがって、光源系１００から射出された略平行な光束はアフォーカル光学系（図８Ｂの符号６００参照）によってある瞳倍率によって圧縮され、ライトバルブ４００に再び略平行光束として到達しこれを照明する。このことは、以下の実施例でも同様である。

光源ランプ１０１から射出された放射状の光束は、リフレクタ１０２によって反射され略平行な光束として射出される。第２インテグレータ２０１は、光源系１００からの光束に基づいて第２インテグレータ２０２の近傍に複数の光源像をつくる。一方、第１インテグレータ２０１の各レンズ部２０１ａは、第２インテグレータ２０２とコンデンサレンズ３０１について被照明面と共役であり、各レンズ部からの光束は、コンデンサレンズ３０１の作用によって重畳的に被照明面上に結像する。

このとき、例えば第２インテグレータ２０２とコンデンサレンズ３０１との間隔は、コンデンサレンズ３０１の焦点距離よりも短く設定されている。これにより、第１インテグレータ２０１の上下方向中心に配置されたレンズ部２０１ａの上端から射出して、絞りとなる第２インテグレータ２０２の上下方向中心に配置されたレンズ部２０２ａの中心を通過した光線（主光線）ＩＰＬは、光源中心からライトバルブ４００の中心（原画形成面の中心。以下同じ）に至る照明光学系７００の光軸ＩＬに対して、ライトバルブ４００側ほど発散するよう傾いて、ライトバルブ４００の下端に到達する。つまり、照明光学系７００の射出瞳（レンズ部２０２ａの中心を通過した光線Ｌａを光源側に延長した線と照明光学系の光軸とが交差する位置）ＩＥＸＰは、ライトバルブ４００よりも光源側に位置している。

また、別の見方をすると、第１インテグレータ２０１の各レンズ部２０１ａにおける少なくとも２点（図には２点のみ示す）から射出して該レンズ部２０１ａに対応する第２インテグレータのレンズ部２０２ａの中心を通る光線同士（図中に○、△、□を付した光線同士）は、互いに非平行となって（発散して）ライトバルブ４００に入射する。

ここで、本実施例の投射光学系（図示せず）の光軸ＰＬは、図８Ａに示した投射光学系５００の光軸と同様に、照明光学系７００の光軸ＩＬおよびライトバルブ４００の中心に対して上方にシフトしている。そして、投射光学系の全像高主光線は、光軸ＰＬに対して平行になっている（物体側テレセントリック）。

さらに別の見方をすると、第１インテグレータ２０１において照明光学系７００の光軸ＩＬに対して上下方向にて対称な位置に配置された一対のレンズ部（第１レンズ部）Ａおよびレンズ部（第２レンズ部）Ｂに着目し、レンズ部Ａの上端から射出して該レンズ部Ａに対応する第２インテグレータ２００のレンズ部２０２の中心を通り画像形成素子における中心よりも上記所定方向の他方の側にある照明点に至る光線を第１の光線とし、第２レンズ部から射出して該第２レンズ部に対応する第２インテグレータのレンズ部の中心を通り画像形成素子の上記照明点に至る光線を第２の光線とするとき、第１の光線と第２の光線とのなす角度の二等分線（本実施例では、照明光学系７００の主光線ＩＰＬ）が、照明光学系７００の光軸ＩＬに対して、照明光学系側からライトバルブ４００に近づくほど離れるように下方に傾いている。

以上のことから、後述する理由によって、ライトバルブ４００における中心よりも下側の領域は、第１インテグレータ２０１の最上段に配置されたレンズ部２０１ａの上端から発する光束よりも相対的に光量が多くなる、最下段に配置されたレンズ部２０１ａの上端から発した光束によってより明るく照明される。したがって、従来に比べて、ライトバルブ４００の下側部分を照明する光量を上げて、投射光学系５００において、光軸ＰＬよりも下側部分での光束の取り込み角度θ_ＬＯＷが上側部分での取り込み角度θＵＰより小さいことに起因して生じた、周辺光量落ちによる投射画像の上下方向における明るさむらを低減させることができる。

ここで、さらに本実施例による周辺光量落ちの低減作用について、図７Ａおよび図７Ｂを用いて説明する。

図７Ａは、従来の照明光学系と投射光学系との関係を説明した図である。ライトバルブ４００の原画形成面の中心は、照明光学系７００の光軸ＩＬ上にある。またも投射光学系５００の光軸ＰＬは、照明光学系７００の光軸ＩＬよりも上側に一定量だけシフトしている。したがって、投射光学系５００によって投射される原画の中心は、ライトバルブ４００の原画形成面の中心と投射光学系５００の光軸ＰＬとのシフト量に横倍率を乗じた量だけ投射光学系５００の光軸ＰＬからずれていることになる。

照明光学系７００の主光線ＩＰＬは、図７Ａに示すとおり、光軸ＩＬに対して平行である。つまり、照明光学系７００は、射出瞳が無限遠方にある所謂「像側テレセントリック」な光学系となっている。また、投射光学系５００も照明光学系７００に合わせて、入射瞳が無限遠方にある「物体側テレセントリック」な光学系となっている。したがって、照明光学系７００の主光線ＩＰＬと投射光学系５００の主光線ＰＰＬとのなす角度は、ライトバルブ４００上のすべての位置で一致している。

第１インテグレータ２０１上の各点から発した光束は、共役点であるライトバルブ４００上の各点に収束する。図７Ａにおいては、第１インテグレータ２０１の複数のレンズ部２０１ａは、最上段に位置するレンズ部Ａと最下段に位置するレンズ部Ｂと光軸ＩＬ上のレンズ部Ｃの３つのレンズ部で代表されている。図７Ａ、７Ｂはそれぞれ、各レンズ部の上端から光束が発した場合と、下端から光束が発した場合とを表している。

レンズ部Ａ、Ｂから発した光束は、図７Ａ、７Ｂのいずれの場合においても同じ角度でライトバルブ４００に入射する、ここで、図７Ａでは、レンズ部Ａ，Ｂから発した光束は、ライトバルブ４００における投射光学系５００の光軸ＰＬの近傍位置に入射しているため、投射光学系５００による光束の取り込み範囲（角度）が広く、すべての光束が完全に取り込まれている。

これに対し、図７Ｂでは、レンズ部Ａ，Ｂから発した光束は、ライトバルブ４００における投射光学系５００の光軸ＰＬから大きく外れた位置に入射しているため、投射光学系５００の光束の取り込み角度θ_ＬＯＷは投射光学系５００の光軸ＰＬ上での取り込み範囲θＵＰに比べて狭くなっている。したがって、すべての光束を完全に取り込むことができず、この結果、投射画像に周辺光量落ちが生ずる。ただし、投射光学系５００の主光線ＰＰＬと照明光学系７００の主光線ＩＰＬとが一致しているため、図７Ｂにおいて、レンズ部Ａ，Ｂの光束は等しくロスを生じている。つまり、投射光学系５００は、レンズ部Ａ，Ｂの上端から発する光束を均等に取り込んでいることになる。

ところが、放物面鏡などのリフレクタ１０２を用いた光源系１００から射出される光束の強度（光量）は、一般に照明光学系７００の光軸ＩＬから離れるほど減少する。ここで、図７Ｂにおいて、ライトバルブ４００の中心よりも下側部分を照明する光束はレンズ部Ａ，Ｂの上側を発した光束であるが、レンズ部Ａの方がレンズ部Ｂに比べて照明光学系７００の光軸ＩＬから離れた位置にあるため、レンズ部Ａからの光量が、レンズ部Ｂからの光量に比べて少ない。このレンズ部Ａ，Ｂの発する光束強度の差は、第１インテグレータ２０１のレンズ部数が少なくなるほど顕著になる。

図２は、実施例１における照明光学系７００と投射光学系５００との関係を示した図である。ここで、図７Ａ，７Ｂに示したものと同様に、投射光学系５００は完全な物体側テレセントリックな光学系である。また、投射光学系５００の光軸ＰＬは、照明光学系７００の光軸ＩＬよりも上側にシフトしている。

一方、照明光学系７００の射出瞳ＩＰＸＰは無限遠方でなく、有限位置に設定されている。従って、照明光学系７００の主光線ＩＰＬは、光軸ＩＬに対して発散方向に傾いている。また、第１インテグレータ２０１のレンズ部Ａ，Ｂのそれぞれにおける２点から射出して該レンズ部に対応する第２インテグレータ２０２のレンズ部の中心を通る光線同士は、互いに発散してライトバルブ４００に入射する。さらに、前述した二等分線（主光線ＩＰＬ）は、照明光学系７００の光軸ＩＬに対してライトバルブ４００に近づくほど下方（投射光学系７００の光軸ＰＬのシフト方向とは反対方向）に離れるように傾いている。

このとき、第１インテグレータ２０１のレンズ部Ｂから発する光束は、レンズ部Ａから発する光束に比べて、大きい角度で投射光学系５００により取り込まれるようになる。つまり、より光量の大きいレンズ部Ｂからの光束を積極的に投射光学系５００に取り込む構成になっている。したがって、ライトバルブ４００の中心よりも下側部分、すなわち投射画像の上側部分の明るさを相対的に上げることができ、投射画像の上下における明るさむらを低減することができる。

なお、以下に、照明光学系７００の射出瞳ＩＥＸＰの位置に関して、満たした方が好ましい条件を記す。

０．０１＜|ｙ’|／|Ｌｉｌｌ|＜０．１５ …（２）
ここでｙ’はライトバルブの中心からの高さ、Ｌ_ｉｌｌはライトバルブから照明光学系の射出瞳までの距離である。

ここで、この条件式（２）が下限値を下回ると、従来のテレセントリック系に近づくため、周辺光量落ちや明るさむらが発生してしまう。また、上限を上回ると、ライトバルブの持つ角度特性による画像劣化が大きくなる。特に液晶ライトバルブはコントラストの角度特性があまり良くないため黒画面において、白が浮いてしまったり、明るさムラが発生してしまったりする恐れがある。

図３には、本発明の実施例２である投射型表示光学系の構成を示している。本実施例の投射型表示光学系は、照明光学系７００’と、液晶ライトバルブ４００と、投射光学系５００’とから構成されている。

照明光学系７００’は、光源系１００と、インテグレータ光学系２００と、コンデンサ光学系３００とを有する。光源系１００は、水銀ランプ等の光源ランプ１０１と、この光源ランプ１０１から全方向に発する光束を集光して前方に射出するリフレクタ１０２とを有する。

また、インテグレータ光学系２００は、この図および投射画面の上下方向（所定方向）に１次元配列された複数のレンズ部２０１ａを有する第１インテグレータ２０１と、第１インテグレータ２０１の複数のレンズ部２０１ａのそれぞれに対応するレンズ部２０２ａを複数、上下方向に一次元配列した第２インテグレータ２０２とを有する。第１および第２インテグレータ２０１，２０２のレンズ部２０１ａ，２０２ａはそれぞれ、図の紙面に垂直な方向（投射画面における左右方向）に延びる母線を有するシリンドリカルレンズ面を有する。但し、各レンズ部の形状は、シリンドリカルレンズ形状に限定されるわけではなく、他のレンズ形状を採用してもよい。また、各インテグレータ２０１，２０２を構成するレンズ部２０１ａ，２０２ａの数は、１５個（１５段）以下であることが好ましい。

なお、図３では、第１および第２インテグレータ２０１，２０２を２つの素子により構成しているが、これらを一体の１つの素子として構成してもよい。このインテグレータ光学系２００は、光源光学系１００から光束を複数の光束に分割する。

第１インテグレータ２０１の上下方向中心に配置されたレンズ部２０１ａの上端から射出して、絞りとなる第２インテグレータ２０２の上下方向中心に配置されたレンズ部２０２ａの中心を通過した光線（主光線）Ｌａは、光源中心からライトバルブ４００の中心（原画形成面の中心。以下同じ）に至る照明光学系７００’の光軸ＩＬに対して平行となってライトバルブ４００の下端に到達する。つまり、照明光学系７００’は、その射出瞳ＩＰＸＰが無限遠方に存在する、像側テレセントリックな光学系となっている。

実施例でも、投射光学系５００’の光軸ＰＬは、照明光学系７００’の光軸ＩＬに対して上側にシフトしている。投射光学系５００’の入射瞳ＰＥＮＰは、ライトバルブ４００よりも投射光学系側にあって、下記（３）式を満たす有限位置に設定されている。従って、投射光学系５００’の主光線ＰＰＬは、光軸ＰＬに対して投射方向にいくほど近づく（収束する）ように傾いている。

このため、ライトバルブ４００の中心よりも下側部分は、第１インテグレータ２０１の最上段のレンズ部２０１ａの上端から発した光束よりも相対的に光量が多くなる、最下段のレンズ部２０１ａの上端から発した光束により明るく照明される。つまり、従来に比べて、ライトバルブ４００の下側部分の照明光量を上げて、投射光学系５００’における光軸ＰＬよりも下側部分での光束の取り込み角度θ_ＬＯＷが、上側部分での取り込み角度θＵＰより小さいことに起因して生じていた、周辺光量落ちによる投射画像の上下方向における明るさむらを低減させることができる。

ここで、さらに本実施例による周辺光量落ちの低減作用について、図４を用いて説明する。図４において、照明光学系７００’の射出瞳ＩＰＸＰは、従来（図７Ａ参照）と同様に、無限遠方にあって、照明光学系７００’の主光線ＩＰＬも光軸ＩＬに対して平行である。

一方、投射光学系５００’の入射瞳ＰＥＮＰは、前述した有限位置に設定されている。従って、投射光学系５００’の主光線ＰＰＬは、光軸ＰＬに対して投射方向にいくほど収束している。これにより、ライトバルブ４００の下側部分には、レンズ部Ａの上端よりも照明光学系７００’の光軸ＩＬに近いレンズ部Ｂの上端からの光束が入射する。この結果、ライトバルブ４００の下側部分、すなわち投射画像の上側部分の明るさを相対的に上げることができ、投射画像における上下の明るさむらを低減することができる。

０．０１＜|ｙ|／|Ｌｐｒｊ|＜０．１５ …（３）
ここで、ｙはライトバルブの中心からの高さ、Ｌｐｒｊはライトバルブから投射光学系の入射瞳までの距離である。

ここで、この条件式（３）が下限値を下回ると、従来のテレセントリック系に近づくため、周辺光量落ちや明るさむらが発生してしまう。また、上限を上回ると、ライトバルブの持つ角度特性による画像劣化が大きくなる。特に液晶ライトバルブはコントラストの角度特性があまり良くないため黒画面において、白が浮いてしまったり、明るさムラが発生してしまったりする恐れがある。

図５には、本発明の実施例３である投射型表示光学系の構成を示している。本実施例は、上記２つの実施例の特徴を同時に兼ね備えた構成を有する。また、図６に、本実施例による周辺光量落ちの低減作用を説明する図を示している。なお、これらの図において、実施例１，２と同じ構成要素には。これら実施例と同一符号を付して説明に代える。

照明光学系７００の主光線（実施例１にて説明した「二等分線」）ＩＰＬは、照明光学系７００の光軸ＩＬに対してライトバルブ４００に近づくほど光軸ＩＬから離れるように下方に傾いている。また、投射光学系５００’の主光線ＰＰＬは、投射光学系５００’の光軸ＰＬに対して、投射方向にいくほど近づく（収束する）ように傾いている。さらに、本実施例では、上記（１）、（２）式を満たす。

本実施例によれば、実施例１，２における投射画面の上下における明るさむらを低減する効果をさらに向上させることができる。また、実施例１，２に示した内容のそれぞれを単独で採用する場合に、光学系の設計上および性能上生じる可能性のある負担を軽減する効果もある。

なお、以上説明した各実施例の構成は、いわゆる透過型液晶ライトバルブを使用する場合および反射型液晶ライドバルブを使用する場合のいずれにも採用することができる。また、本発明は、液晶ライトバルブに限らず、光源からの光を、画像情報に基づいて変調する各種画像形成素子を用いた投射型表示光学系に適用することができる。

本発明の実施例１である投射型表示光学系のうち照明光学系の構成を示す側面断面図。実施例１における周辺光量落ちの低減作用を説明するための模式図。本発明の実施例２である投射型表示光学系の構成を示す側面断面図。実施例２における周辺光量落ちの低減作用を説明するための模式図。本発明の実施例３である投射型表示光学系の構成を示す側面断面図。実施例３における周辺光量落ちの低減作用を説明するための模式図。従来の投射型表示光学系における周辺光量落ちを説明するための模式図。従来の投射型表示光学系における周辺光量落ちを説明するための模式図。従来の投射型表示光学系の構成を示す側面断面図および平面断面図。従来の投射型表示光学系の構成を示す側面断面図および平面断面図。

符号の説明

１００光源系
２００インテグレータ光学系
３００コンデンサ光学系
４００液晶ライトバルブ
５００，５００’ 投射光学系
７００，７００’ 照明光学系
８００駆動回路
９００画像情報供給装置

Claims

原画を形成する液晶ライトバルブと、
第１方向に配列された複数のレンズ部を含み、光源からの光束を複数の光束に分割する第１インテグレータと、前記複数のレンズ部にそれぞれ対応した複数のレンズ部を有する第２インテグレータと、前記複数の分割光束を液晶ライトバルブ上で重畳させるコンデンサ光学系とを有する照明光学系と、
前記液晶ライトバルブからの光束を被投射面に投射する投射光学系とを備えた投射型画像表示装置であって、
前記投射光学系の光軸が、前記照明光学系の光軸および前記液晶ライトバルブの中心に対して前記第１方向にシフトしており、
前記第１インテグレータの各レンズ部における少なくとも２点から射出して該レンズ部に対応する前記第２インテグレータのレンズ部の中心を通る光線が、互いに非平行となって前記液晶ライトバルブに入射しており、
前記第１の方向における、前記液晶ライトバルブの中心からの高さをｙ’、前記液晶ライトバルブから前記照明光学系の射出瞳までの距離をＬｉｌｌとするとき、
０．０１＜|ｙ’|／|Ｌｉｌｌ|＜０．１５
を満足することを特徴とする投射型画像表示装置。
前記光線が発散しながら被照射面に入射することを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
前記第１インテグレータの複数のレンズ部は前記第１方向に１次元配列され、前記複数のレンズ部各々は、前記第1方向に対して直交する方向に延びる母線を有するシリンドリカルレンズであり、
前記第２インテグレータの複数のレンズ部は前記第１方向に１次元配列され、前記複数のレンズ部各々は、前記第１方向に対して直交する方向に延びる母線を有するシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型画像表示装置。
原画を形成する液晶ライトバルブと、
第１方向に配列された複数のレンズ部を含み、光源からの光束を複数の光束に分割する第１インテグレータと、前記複数のレンズ部にそれぞれ対応した複数のレンズ部を有する第２インテグレータと、前記複数の分割光束を液晶ライトバルブ上で重畳させるコンデンサ光学系とを有する照明光学系と、
前記液晶ライトバルブからの光束を被投射面に投射する投射光学系とを有する投射型画像表示装置であって、
前記投射光学系の光軸が、前記照明光学系の光軸および前記液晶ライトバルブの中心に対して前記第１方向のうちの一方の側にシフトしており、
前記第１インテグレータにおいて前記照明光学系の光軸に対して前記第１方向にて対称な位置に配置された一対のレンズ部をそれぞれ第１および第２レンズ部とし、
該第１レンズ部から射出して該第１レンズ部に対応する前記第２インテグレータのレンズ部の中心を通り前記液晶ライトバルブにおける中心よりも前記第１方向のうちの他方の側にある照明点に至る光線を第１の光線とし、
前記第２レンズ部から射出して該第２レンズ部に対応する前記第２インテグレータのレンズ部の中心を通り前記液晶ライトバルブの前記照明点に至る光線を第２の光線とするとき、
前記第１の光線と前記第２の光線とのなす角度の二等分線が、前記照明光学系の光軸に対して傾いており、
前記第１の方向における、前記液晶ライトバルブの中心からの高さをｙ’、前記液晶ライトバルブから前記照明光学系の射出瞳までの距離をＬｉｌｌとするとき、
０．０１＜|ｙ’|／|Ｌｉｌｌ|＜０．１５
を満足することを特徴とする投射型画像表示装置。
前記二等分線は、前記照明光学系側から前記液晶ライトバルブに近づくほど前記照明光学系の光軸から離れていることを特徴とする請求項４に記載の投射型画像表示装置。
前記第１インテグレータの複数のレンズ部は前記第1方向に１次元配列され、前記複数のレンズ部各々は、前記第１方向に対して直交する方向に延びる母線を有するシリンドリカルレンズであり、
前記第２インテグレータの複数のレンズ部は前記第１方向に１次元配列され、前記複数のレンズ部各々は、前記第1方向に対して直交する方向に延びる母線を有するシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項４又は５に記載の投射型画像表示装置。