JP5002228B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、フロントプロジェクタ、リアプロジェクタ等の画像表示装置に関するものである。

一般に画像表示装置は、液晶表示パネルやマイクロミラーアレイデバイスを空間光変調素子として利用し、光の透過と遮断又は偏光を制御して、選択された光パターンを投射光学系によって投射することで、被投射面に映像を表示する。

従来から、この画像表示装置に用いられる照明装置としては、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の高輝度放電ランプが用いられ、これらの光源からの照明光を平行化する放物面リフレクタから成るものが一般的である。しかし、高輝度放電ランプには放熱のための冷却装置の設置による照明装置の大型化や、寿命が数千時間と短いなどの問題が存在する。

そこで近年では、新しい光源として半導体を用いた光源が注目され、中でもＬＥＤ（発光ダイオード）の改良はめざましく、照明用途に耐え得る高輝度で高効率な製品が開発されつつある。例えば、特許文献１による図２１に示すようなＬＥＤ１の背後に凹状反射面２を設けた反射型ＬＥＤパッケージや、特許文献２による図２２に示すようなＬＥＤ３を合成樹脂材４でレンズ状にモールドした砲弾型ＬＥＤパッケージがある。ＬＥＤは前述した高輝度放電ランプと比較して、小型、軽量、低消費電力、長寿命、点灯の高速応答等の点で有利である。

しかしながら現在のところ、ＬＥＤを光源とする画像表示装置において、画面の十分な輝度を得ることは難しい。その理由は、ＬＥＤは効率の点で未だ超高圧水銀ランプに及ばず、定格限界までの電流を注入しても１つのＬＥＤから得られる光量が小さいからである。そのため、光量を稼ぐのに複数のＬＥＤを平面上に並べてアレイ化する方法がある。例えば、特許文献３では複数の固体発光素子をマトリックス状に配置し、固体発光素子のそれぞれからの光束を空間光変調素子上に重畳するインテグレート照明により輝度向上を達成している。また、例えば特許文献４では複数の固体発光素子を二次元配列し、各固体発光素子の発光面と空間光変調素子を共役な関係に配置することによって、発光面の拡大像を空間光変調素子上に重畳することにより均一で高輝度な照明を実現している。

また、従来の画像表示装置において、特許文献５に示すように照明光学系のフライアイレンズ等のインテグレータレンズの近傍の２次光源面に開口絞りを設置し、開口絞りと共役面である被投射面に至る光束を制限することがある。そして、空間光変調素子からの不要光が偏光ビームスプリッタ等のプリズム系で全反射を起こして、ゴーストが被投射面に生じてしまうことを防止している。

また特許文献６には、図２３に示すように開口絞り５の形状をインテグレータレンズを構成する各セル６の形状に対応させ、更に開口絞り５の開口の大きさを可変としている。これにより、被投射面上の照度分布を均一化し、画像の明るさやコントラストの調整を可能にしている。

フロントプロジェクタやリアプロジェクタ等の画像表示装置に用いられる投射光学系としては、従来から特許文献５などに開示される物体面中心と像面中心を結ぶ光軸が、折れ曲がっていない共軸光学系の広角レンズを用いたものが良く知られている。

しかし近年では、特許文献６に示されるような光軸が折れ曲がったオフアキシャル（Off Axial:偏芯）光学系と呼ばれ、構成面が非共軸となっている投射光学系も提案されている。このオフアキシャル光学系には、斜め投射時の台形歪みの補正が可能であることや、共軸系と比較して広角化が容易であり、オフアキシャル光学系の特性や利点は特許文献６に詳しく記載されている。

特開２００１−１８５７６０号公報 特開２００３−２３４５１３号公報 特開２００１−２８１７６０号公報 特開２００４−２８６８５８号公報 特開２００５−１０６９４８号公報 特開２００５−２４６９５号公報

反射面を用いたオフアキシャル光学系は、従来の共軸光学系に対して有利な特性を多く持つが、面精度や偏心などの製造誤差に極めて敏感なことが多く、量産を行う際に問題点として挙げられている。例えば、面形状に非対称な誤差が発生すると、像面全域に渡って像面内の直交する２方向でのピント位置ずれ、即ち非点隔差が発生し、これを機械的な調整で取り除くことは困難である。

そこで、特許文献６ではこの問題点の解決策として、オフアキシャル光学系の瞳を、オフアキシャル断面とその断面に垂直方向の断面において、非対称となるような構成とすることを開示している。つまり、反射面を用いたオフアキシャル光学系を画像表示装置の投射光学系として用いるためには、瞳形状を画像表示装置全体での照明効率を低下させずに達成するための照明光学系が不可欠である。

しかし、従来の高輝度放電ランプとリフレクタの組み合わせを光源として用いた画像表示装置では、リフレクタの開口がほぼ円形状をしているため、一般的に回転対称な絞り形状を持つ投射光学系が採用されている。或いは、照明光学系にシリンドリカルレンズ等を配置して、所望の方向に照明光束を圧縮する手法により、投射光学系の絞りを非対称形状としているものもある。

光源の面積と光束の発散立体角の積が光学系において保存（エテンデュの保存）することから、投射光学系の絞り形状の制御には限界がある。この限界を解決するためには、光源自体に回転非対称な形状を持たせることが望ましく、そのためには小型の固体発光素子をアレイ状に配置し、所望の投射光学系の絞り形状に合わせた形状とする必要がある。

特許文献３、４は輝度向上や空間光変調素子上の輝度むらの低減を主目的として、固体発光素子をアレイ化したものである。また、光源と投射光学系の瞳や絞りとの関係は記載されておらず、投射光学系の絞り形状を制御する効果を目的としたものではないため、本発明とは趣旨が異なっている。

また、特許文献５、６では、インテグレータレンズの近傍に開口絞りを配置して光束制限を行っている。しかし、照明効率が低下すると共に、インテグレータレンズを構成する周辺部分のセルの一部のみを遮光してしまうことに起因する被投射面での照度むらが大きくなってしまう。

本発明の目的は、上述の課題を解決し、被投射面上の照度と投射光学系の絞り形状を制御することで、高コントラストを実現できる画像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明による画像表示装置は、空間光変調素子と、二次元的に配列された複数の発光部を含む光源ユニットと、前記空間光変調素子を照明する照明光学系と、前記空間光変調素子の像を被投射面上に拡大投影するための投射光学系とを備え、前記発光部の像を前記投射光学系の絞りの位置に結像し、前記絞りの開口形状が非回転対称又は２回回転対称であり、前記複数の発光部の個々の発光強度を独立して制御可能な画像表示装置であって、
前記投射光学系は、該投射光学系の絞りの中心と前記被投射面上に投影する前記空間光変調素子の中心を通る光線を基準軸光線としたとき、該基準軸光線を折り曲げる回転非対称な反射面を有し、前記被投射面に対して斜めに投射するオフアキシャル投射光学系であり、
前記反射面によって折り曲げられた前記基準軸光線を含む断面をオフアキシャル断面、前記光源ユニットの発光領域の幅が最も長い方向を第１方向、該第１方向と垂直な方向を第２方向とするとき、前記光源ユニットの発光領域の形状が、前記第１方向の幅と前記第２方向の幅が互いに異なる２回回転対称であり、該第２方向が、前記オフアキシャル断面に沿う方向であることを特徴とする。

本発明による画像表示装置によれば、被投射面上の照度むらを低減しながら、被投射面の明るさを簡易な構成で切換えることが可能となる。

本発明を図１〜図２０に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は光源ユニットの正面図である。この光源ユニット１１には発光部として固体発光素子である複数のＬＥＤ光源１２が略楕円形に配置されている。ＬＥＤ光源１２は縦方向及び横方向に複数個ずつ、つまり二次元的に配列されている。具体的には、縦方向である第１方向に８列、横方向である第２方向に４列となるようにＬＥＤ光源１２を配列している。より詳細には、縦方向８列、横方向４列の矩形形状から、４つの角部に配置されたＬＥＤ光源を除いたような形状となるようにＬＥＤ光源１２を配置している。

図２は照明光学系の光軸と縦方向とを含む平面による断面図、図３は照明光学系の光軸を含み、図２の断面と垂直な平面による断面図を示す。光源ユニット１１の前方には、空間光変調素子１４、光源ユニット１１からの光束で空間光変調素子１４を照明する照明光学系１３、空間光変調素子１４からの光束を被投射面に投射する投射光学系１５が配置されている。この投射光学系１５は回転非対称な反射面を複数備えるオフアキシャル投射光学系であり、その投射光学系内には絞り部材として、縦横比が異なる開口を持つ絞り面１６が配列されている。

なお、このオフアキシャル投射光学系に含まれる回転非対称な反射面（自由曲面）は複数面以上であればよいが、好ましくは４面かそれ以上の面数であることが望ましい。また、これらの複数の回転非対称反射面は１つの図示しない支持構造に一体的に支持されており、その支持構造が画像表示装置の筐体に保持されるような構成であることが望ましい。

複数のＬＥＤ光源１２から発した光束は、投射光学系１５を経て投射光学系１５の絞り面１６に結像する。ここで、光源像の形成位置は、絞り位置からから投射光学系の焦点距離（変倍光学系の場合は広角端の焦点距離）の１／３以下、又は１／８以下、より好ましくは１／１０以下であれば、ずれていても支障はない。また、空間光変調素子１４は、照明光学系１３の構成要素であるコンデンサレンズにより略均一に照明され、空間光変調素子１４によって形成された画像は、投射光学系１５によって絞り面１６を経て被投射面上に拡大投影される。

図４は空間光変調素子１４上での照度分布を示す。図４から分かるように、光源ユニット１１の各ＬＥＤ光源１２から発した光束を照明光学系１３により空間光変調素子１４上で重畳しているため、ＬＥＤ光源１２の輝度のばらつきを解消し、空間光変調素子１４を均一に照明することができる。

図５は絞り面１６の絞り形状を示し、この絞り開口形状は図１の光源ユニット１１の発光領域の外形形状と相似の関係になっている。ここでは、光源ユニット１１の発光領域の幅のうち幅が最も長い方向を第１方向、それと垂直な方向を第２方向とし、発光領域の第１方向の幅をＤ１、発光領域の第２方向の幅をＤ２とする。また、幅Ｄ１と幅Ｄ２との比は、投射光学系中１５に形成されるこれらの光源ユニット１１の光源像の幅Ｄ１に相当する第１方向の幅、幅Ｄ２に相当する第２方向の幅に対応させて比を導出してもよい。また絞り位置において、発光領域での第１方向に対応する方向における絞り開口部の幅をｄ１、それと垂直な方向における絞り開口部の幅をｄ２とする。

このとき、下記の条件式を満足することが望ましい。
ｄ１／ｄ２×０．８＜Ｄ１／Ｄ２＜ｄ１／ｄ２×１．２・・・（１）

更に好ましくは、下記の条件式を満足することが望ましい。
ｄ１／ｄ２×０．９＜Ｄ１／Ｄ２＜ｄ１／ｄ２×１．１・・・（１ａ）

前述の相似の関係とは、これらの条件式を満足するものとする。なお本実施例においては、Ｄ１／Ｄ２＝２である。

図６は絞り面１６に入射する光束による照度分布を示す。絞り面１６上の照度分布も光源ユニット１１の外形形状と相似の関係となっており、相似の関係にある絞りを配置することによって、本来必要としないフレアや高次の回折光等の光は絞り面１６で遮光できるようにしている。より詳細に言えば、ＬＥＤ光源１２と絞り面１６との間の光学系によって形成される光源像の倍率を考慮する方が好ましい。

即ち、光源像の倍率をＭとした場合に、以下の条件式を満足することが望ましい。
０．９×Ｍ×Ｄ１＜ｄ１＜１．３×Ｍ×Ｄ１・・・（２）
０．９×Ｍ×Ｄ２＜ｄ２＜１．３×Ｍ×Ｄ２・・・（３）

更に好ましくは、以下の条件式を満足することが望ましい。
１．０×Ｍ×Ｄ１＜ｄ１＜１．２×Ｍ×Ｄ１・・・（２ａ）
１．０×Ｍ×Ｄ２＜ｄ２＜１．２×Ｍ×Ｄ２・・・（３ａ）

ここでは、条件式（２）、（３）で示しているように、この値が１を下回ると一部の光がカットされて暗くなってしまう。しかしながら、若干明るさを犠牲にしてもコントラストを高くしたい場合には、コントラストの低下を招く光を遮光するために、条件式（２）、（３）の値を１より小さくしてもよい。またこの際に、条件式（１）、（１ａ）の数値範囲で示しているように、発光領域の縦横比と、絞り面の開口部の縦横比とを互いに異なるようにすることもあり得る。以降では、特に発光領域の縦横比と、絞り面の開口部の縦横比との差については述べないが、以下の実施例においても、条件式（１）、（１ａ）に示す範囲内で、互いの比が若干異なっていても支障はない。

また、前述のオフアキシャル光学系においては、絞り面１６の開口部の縦横比である第１方向の幅と第２方向の幅との比が、或る程度大きいことが望ましい。勿論、それに伴ってＬＥＤ光源１２の発光領域の縦横比である縦の配列数と横の配列数との比も或る程度大きいことが望ましい。即ち、以下の条件を満足することが望ましい。
１．１＜Ｄ１／Ｄ２＜１０．０・・・（４）
１．１＜ｄ１／ｄ２＜１０．０・・・（５）

また、好ましくは以下の条件式を満足することが望ましい。
１．２＜Ｄ１／Ｄ２＜５．０・・・（４ａ）
１．２＜ｄ１／ｄ２＜５．０・・・（５ａ）

更には、以下の条件式を満足することがなお好ましい。
１．５＜Ｄ１／Ｄ２・・・（４ｂ）
１．５＜ｄ１／ｄ２・・・（５ｂ）

本実施例では、ＬＥＤ光源１２を４×８個の配列としたが、光源数はこれに限るものではなく、必要な輝度に応じて増減しても問題はない。また、照明光学系１３、投射光学系１５は当然ながら複数のレンズを用いることが好ましく、絞り面１６よりも被投射面側にも投射光学系１５を構成するレンズがあっても支障はない。

更に、図２、図３で示した空間光変調素子１４は、透過型の単板の液晶表示素子として記載しているが、これに限定されることはない。例えば、色が異なる複数の色光を発する複数のＬＥＤ光源と、それぞれに対応する複数の空間光変調素子１４を用いることも可能である。例えば、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光するＬＥＤ光源と、それぞれの色光に対応する透過型又は反射型の液晶表示素子とを用いて、画像表示装置を構成してもよい。白色ＬＥＤ光源を用いた場合には、装置に色分離機能及び色合成機能を持たせることで、色に応じた複数の空間光変調素子１４を用いることができ、空間光変調素子１４としては反射型の液晶素子やＤＭＤを用いることもできる。

このようにすれば、オフアキシャル投射光学系に好適な縦横比が異なる偏平な開口の絞り形状を持つ画像表示装置において、簡易な構成で照明効率の高い照明を達成することができる。

光源ユニット１１内のＬＥＤ光源１２の発光強度は独立して制御可能とされ、図７は中央のＬＥＤ光源１２を点灯し、外周のＬＥＤ光源１２を消灯した場合を示している。また、図８は外周のＬＥＤ光源１２を消灯したときの空間光変調素子１４上の照度分布を示している。光源ユニット１１内のＬＥＤ光源１２の点灯数を減少させたため、図４の光源ユニット１１の全灯状態に対して照度が均一なまま低下している。

更に、図９はこのときの瞳面即ち絞り面１６上の照度分布を示している。光源ユニット１１と絞り面１６が共役関係になっているため、絞り面１６上の照度分布は図７の点灯部の外形に相似の分布形状となる。

ここで、ＬＥＤ光源１２を全て点灯した場合と、外周部のＬＥＤ光源１２を消灯した場合とでは、Ｄ１／Ｄ２の値が互いに異なる。全て点灯した明るさ優先の場合のＤ１／Ｄ２の値は、外周部のＬＥＤ光源１２を消灯したコントラスト優先の場合のＤ１／Ｄ２の値よりも小さくなるようにすることが望ましい。

なお、ＬＥＤ光源１２の輝度を点灯状態と消灯状態の２値で示したが、ＬＥＤ光源１２の発光輝度を電気的に連続な階調で調整し、任意の照度分布を形成することもできる。また、ＬＥＤ光源１２の高速な応答速度を利用して、パルスによる階調表現を実施してもよい。

このように、各ＬＥＤ光源１２の輝度を任意に調整することにより、空間光変調素子１４上では光源ユニット１１内での輝度の不均一性に依存することなく、均一な照度を得ることができる。同時に、絞り面１６では光源ユニット１１内の輝度分布に応じた照度分布、つまり瞳透過率分布を制御することができる。

図１０は変形例１のＬＥＤ光源１２の配置（Ｄ１、Ｄ２）を示し、図１１はその場合の絞り面１６における形状（ｄ１、ｄ２）を示し、図１２はＬＥＤ光源１２の一部を消灯した例を示している。

また、図１３は変形例２のＬＥＤ光源１２の配置（Ｄ１、Ｄ２）を示し、図１４はその場合の絞り面１６の形状（ｄ１、ｄ２）を示し、図１５はＬＥＤ光源１２の一部を消灯した例を示している。

このように、ＬＥＤ光源１２を配置することも可能で、この場合もＬＥＤ光源１２を全て点灯している場合と、一部を消灯している場合とでは、Ｄ１／Ｄ２の値が互いに異なる。

図１６は実施例２のプロジェクタ（画像表示装置）の構成図を示し、大別して照明部２１とオフアキシャル光学系から成る投射光学系２２に分かれている。照明部２１においては、光源ユニット２３、照明光学系２４、ダイクロイックミラー２５、３つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２６、２７、２８、空間光変調素子としてのＲＧＢ３板式の３つの反射型液晶パネル２９、３０、３１から構成されている。

また、投射光学系２２は、照明部２１から出射する光を受けるズームレンズ３２、絞り面３３、折り返しミラー３４、反射曲面を有する複数の回転非対称反射面３５〜３８、折り返しミラー３９、レンズ４０を構成要素としている。ここで、折り返しミラー３４が絞りの機能を果たしている。

なお、光源ユニット２３は図１７に示すように、図１、図７の光源ユニット２０と同様の構成としているが、他の光源ユニットを用いることもできる。

絞り面３３は上述した実施例に記載しているような開口部を持つわけではなく、或る領域に入射する光以外を後段の光学系、ここでは回転非対称反射面３５に導かないようにするための部材である。ここで記載した或る領域が、上述の実施例における開口（部）に相当している。或いは、折り返しミラー３４が絞り位置に縦方向の幅ｄ１、横方向の幅ｄ２の開口を持つ絞り面を配置した場合と同じ機能を果たすような形状を有するようにしても、それは本実施例に含まれる。当然のことながら、ズームレンズ３２と折り返しミラー３４との間、或いは折り返しミラー３４と回転非対称反射面３５との間に、開口を持つ絞りを配置することもできる。

また、投射光学系２２において、ズームレンズ３２は変倍しなくともよいし、レンズ４０は複数のレンズや回折光学素子を含む屈折光学系とすることもできる。また、本実施例の投射光学系２２はミラーのみで構成してもよいし、逆にレンズや回折光学素子のみで構成しても勿論支障はない。

ここで、反射型液晶パネル２９、３０、３１の中心を通る、中心から垂直に出射する又は中心から出射する光束の主光線の基準軸光線は、反射面３５〜３８に沿って紙面上で折れ曲がり、被投射面に対して基準軸光線が斜めに投射されている。従って、ズームレンズ３２の射出瞳、即ち絞り面３３の形状は、紙面上の絞り径の方向であるＹ方向が、紙面に垂直な方向であるＸ方向に対して幅が小さな潰れた形状とされている。

従って、絞り面３３の開口形状は図１８に示すように、Ｙ方向に潰れた楕円形状とされている。これに対応して、光源ユニット２３も絞り面３３の開口形状と相似の関係であり、外形がＹ方向に潰れた楕円形状になるように配置されており、収差補正上及び小型化の観点から好適である。

このように、光源ユニット２３と投射光学系２２の絞り面３３を共役関係に配置することで、光源ユニット２３内のＬＥＤ光源１２の配列によって、絞り面３３、即ち瞳面上の照度分布を制御することができる。従って、従来よりも簡単な照明部２１の構成で、高効率な非対称瞳形状を実現できる。

なお実施例２では、投射光学系２２の絞り面３３上の照度分布を光源ユニット２３の外形形状と相似の関係となる構成としたが、シリンドリカルレンズ等を用いて任意の方向に光束を圧縮し、所望の絞り形状となるように調整することも可能である。

更に、図１９に示すように光源ユニット２３内の各ＬＥＤ光源１２の輝度を任意に調整することにより、反射型液晶パネル２９、３０、３１上では光源ユニット２３内での輝度の不均一性に依存することなく、均一なまま照度が得られる。これにより、絞り面３３では光源ユニット２３の輝度分布に応じた照度分布つまり瞳透過率分布を制御することができる。

更に、本実施例２では投射光学系２２の絞り面３３の照度分布、即ち瞳透過率も同時に制御できるため、同様に暗い画像を表示する際には瞳の中心ほど透過率を高くするために、光源ユニット２３の中心ほど輝度を高くすることができる。つまり、投射光学系２２としては光軸に近い光束を被投射面に結像することになり、収差を抑制できるので、より結像コントラストの高い画像を表示することができる。

図２０は輝度変調をするためのブロック回路構成図である。画像出力機器５１から出力される画像入力信号は画像表示装置５２に接続されている。画像表示装置５２の画像信号入力部５３に入力した画像信号は、画像処理部５４を経て制御部５５に接続されている。制御部５５には表示設定部５６の出力が接続されており、更に制御部５５の出力は光源ユニット２３、液晶パネル２９、３０、３１に接続されている。

画像表示装置５２は画像信号入力部５３を介して画像出力機器５１からの画像信号を得て、画像処理部５４で液晶パネル２９、３０、３１及び光源ユニット２３の制御を行うための所定の画像処理を行い、制御部５５に信号を送る。制御部５５では、色度や輝度等の表示設定の内容を参照して通常の液晶パネル２９、３０、３１に対する変調制御を行うと共に、入力画像に応じて光源ユニット２３内の各ＬＥＤ光源１２の輝度制御を行う。ＬＥＤ光源１２の輝度制御の例としては、暗い画像を表示する場合にはＬＥＤ光源１２の単位時間当りの輝度を減少させ、明るい画像を表示する場合には輝度を向上させることが挙げられる。

空間光変調素子として液晶等のライトバルブを用いると、一般的にコントラストの低い暗い画像を表示する際に、液晶の消光比を原因として階調を表現することが難しい。しかし、ＬＥＤ光源を用いた場合に、高速に輝度を変調することが可能であるため、微妙な階調を表現することが可能である。

また、従来の駆動型の可変絞りに比べても高速変調の点で格段に効果がある。従来の駆動型の可変絞りでは、画像情報と実際の変調に若干の時間遅れが存在していたが、本実施例２による輝度変調では、動画像の１フレーム毎の高速変調を実現することができる。

なお、本実施例において記載した絞りの開口形状又は折り返しミラー上の或る領域の形状は、縦幅と横幅とが互いに異なる形状で、１８０度回転対称（２回回転対称）な形状であることが望ましい。また、これに伴って光源ユニットの発光領域の形状も、縦幅と横幅とが互いに異なる形状で、１８０度回転対称な形状であることが望ましい。その上で、開口形状の縦幅（第１方向の幅、即ち長い方の幅）が、光学的に発光領域の縦幅（第１方向に対応する幅、即ち長い方の幅）に対応していることが望ましい。ここで言う幅とは、照明光学系や投射光学系の光軸に対して垂直な方向の幅であることが望ましい。

また、本実施例においては、幅Ｄ１とｄ１、幅Ｄ２とｄ２とが対応していればよく、幅Ｄ１やｄ１が縦方向、幅Ｄ２やｄ２が横方向である必然性はない。縦と横は逆であっても構わず、幅Ｄ１、ｄ１が幅Ｄ２、ｄ２に比べて大きくなるように、第１方向と第２方向を設定すればよい。勿論、開口形状や発光領域の形状は、非回転対称（３６０度回転対称、１回回転対称）であっても問題はない。

上述のような本実施例を適用すれば、複数個の固体発光素子を縦方向、横方向に配列した二次元状光源の形状制御のみで、従来よりも簡易な照明光学系の構成においても、全体の照明効率を低下させることがなく、高効率な照明を行うことができる。その上で、明るい画像による明るさ優先と暗い画像によるコントラスト優先との切換えを簡易な構成で行うことができる。

非対称な偏平した絞り形状に最適な瞳形状を実現できるので、オフアキシャル投射光学系の製造誤差に対する敏感度を低減し、収差を良好に補正しながら小型化が達成できる。具体的には、図１８における紙面上の方向の絞り径を、紙面と垂直な方向の絞り径よりも小さくすることによって、製造誤差への敏感度低減、投射光学系の収差補正や小型化を達成することが可能となる。

また、紙面に平行な方向の絞り径を小さくすることで、ダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ等の分離合成素子の分離合成面に対する入射角度分布を低減することができる。このような分離合成素子が有する分離合成面への入射角が定格値から外れた場合に、光分離合成の入射角度特性による画像表示装置のコントラスト劣化を改善することができる。なお、ここで言う紙面とは、複数の画像形成素子（液晶パネル）の法線それぞれに対して平行な面であるか、或いは偏光ビームスプリッタの偏光分離面の法線と画像形成素子の法線の両者に対して平行な面である。

固体発光素子の像が光源ユニットと被投射面の間で２回以上結像することにより、投射光学系内で中間結像を行い、光学面の大型化を抑制しながら、広画角な投射光学系が得られる。

本実施例の投射型画像表示装置によれば、空間光変調素子上を十分な輝度で均一に照明することができ、投射光学系の絞り位置にアレイ状光源の形状を反映した光束を導くことが可能となる。被投射面上の照度を均一に保持したまま任意の値に調節することが可能となり、同時に投射光学系の絞り形状に合わせて調節可能となる。

このように、全ゆる画像情報に最適な照度と、投射光学系に最適な絞り形状に合わせた照度を、複数の発光部により形成される二次元光源の輝度変調により実現することができる。更に、照明光学系の構成においても、照明効率を低下させることなく高コントラストな画像が得られる。

また、製造誤差への敏感度低減、投射光学系の収差補正や小型化を達成することが可能となる。更に、ダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ等の分離合成素子の分離合成面に対する入射角度分布を低減することができ、分離合成素子が有する分離合成面への入射角が定格値から外れた場合に生ずるコントラストの劣化を改善することができる。

本発明の画像表示装置は、本実施例のフロントプロジェクタに限るものではなく、リアプロジェクタにも用いることもできる。

実施例１の光源ユニットの正面図である。 照明光学系の光軸と縦方向とを含む平面による断面図である。 照明光学系の光軸を含み、図２の断面と垂直な平面による断面図である。 空間光変調素子上での照度分布図である。 絞り面の正面図である。 絞り面に入射する光による照度分布の説明図である。 光源ユニットの外周のＬＥＤ光源を消灯した場合の説明図である。 空間光変調素子上の照度分布図である。 絞り面上の照度分布図である。 変形例１の光源ユニットの正面図である。 変形例１の絞り形状及び光源ユニットの像の説明図である。 変形例１の外周のＬＥＤ光源を消灯した場合の光源ユニットの正面図である。 変形例２の光源ユニットの正面図である。 変形例２の絞り形状及び光源ユニットの像の説明図である。 変形例２の外周のＬＥＤ光源を消灯した場合の光源ユニットの正面図である。 実施例２の光学系の構成図である。 光源ユニットの構成図である。 絞り面の正面図である。 光源ユニットの輝度変調の説明図である。 輝度変調をするためのブロック回路構成図である。 従来例のリフレクタ型ＬＥＤパッケージの構成図である。 従来例の砲弾型ＬＥＤパッケージの構成図である。 従来例の開口絞り形状の正面図である。

符号の説明

１１、２３ 光源ユニット
１２ ＬＥＤ光源
１３ 照明光学系
１４ 空間光変調素子
１５、２２ 投射光学系
１６、３３ 絞り面
２１ 照明部
２５ ダイクロイックミラー
２６、２７、２８ 偏光ビームスプリッタ
２９〜３１ 液晶パネル
３５〜３８ 回転非対称反射面
５１ 画像出力機器
５２ 画像表示装置
５３ 画像信号入力部
５４ 画像処理部
５５ 制御部

Claims (8)

1. 空間光変調素子と、二次元的に配列された複数の発光部を含む光源ユニットと、前記空間光変調素子を照明する照明光学系と、前記空間光変調素子の像を被投射面上に拡大投影するための投射光学系とを備え、前記発光部の像を前記投射光学系の絞りの位置に結像し、前記絞りの開口形状が非回転対称又は２回回転対称であり、前記複数の発光部の個々の発光強度を独立して制御可能な画像表示装置であって、
   前記投射光学系は、該投射光学系の絞りの中心と前記被投射面上に投影する前記空間光変調素子の中心を通る光線を基準軸光線としたとき、該基準軸光線を折り曲げる回転非対称な反射面を有し、前記被投射面に対して斜めに投射するオフアキシャル投射光学系であり、
   前記反射面によって折り曲げられた前記基準軸光線を含む断面をオフアキシャル断面、前記光源ユニットの発光領域の幅が最も長い方向を第１方向、該第１方向と垂直な方向を第２方向とするとき、前記光源ユニットの発光領域の形状が、前記第１方向の幅と前記第２方向の幅が互いに異なる２回回転対称であり、該第２方向が、前記オフアキシャル断面に沿う方向であることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記光源ユニットの発光領域と前記絞りの開口形状とが相似の関係であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記オフアキシャル投射光学系は、前記照明光学系側から前記被投射面側へ向かって順に、ズームレンズと、折り返しミラーと、前記反射面を有し、
   前記ズームレンズと前記折り返しミラーとの間、或いは前記折り返しミラーと前記反射面との間に前記絞りを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像投射装置。
4. 前記空間光変調素子は、反射型の空間光変調素子であり、
   前記反射型の空間光変調素子により変調された光を偏光方向に応じて分離する偏光ビームスプリッタを有し、
   前記反射型の空間光変調素子の法線と前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面の法線とに平行な断面が、前記第２方向に沿う方向であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの請求項に記載の画像投射装置。
5. 前記発光部の像が、前記光源ユニットと前記被投射面の間で２回以上結像することを特徴とする請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載の画像表示装置。
6. 前記発光領域の前記第１方向の幅をＤ１、前記第２方向の幅をＤ２、前記絞りの開口の前記第１方向の幅をｄ１、前記第２方向の幅をｄ２とするとき、
   ｄ１／ｄ２×０．８＜Ｄ１／Ｄ２＜ｄ１／ｄ２×１．２
   を満足することを特徴とする請求項１〜５の何れか１つの請求項に記載の画像表示装置。
7. 前記発光領域の前記第１方向の幅をＤ１、前記第２方向の幅をＤ２とするとき、
   １．１＜Ｄ１／Ｄ２＜１０．０
   を満足することを特徴とする請求項１〜６の何れか１つの請求項に記載の画像表示装置。
8. 前記開口の前記第１方向の幅をｄ１、前記第２方向の幅をｄ２とするとき、
   １．１＜ｄ１／ｄ２＜１０．０
   を満足することを特徴とする請求項１〜７の何れか１つの請求項に記載の画像表示装置。

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