JP5452301B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、空間的に強度変調された光を投写することによって画像を表示させる投写型表示装置に関する。

従来、ライトバルブ（反射型光変調素子）を用いた投写型表示装置では、照明光学系が光源からの光をライトバルブへ導き、ライトバルブが光を空間的に強度変調している。そして、空間的に強度変調された光（映像光）を、投写光学系がスクリーンへ導くことによってスクリーン上に画像を表示させている。

投写型表示装置の光源には、高圧水銀ランプやキセノンランプといった白色光源、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザといった多色光源が用いられている。このため、照明光学系には、これら様々な光源が持つ固有の特徴によって画像品位が損なわれることなくライトバルブを効率良く照明する機能が求められる。また、近年の投写型表示装置には、インパクトのある映像表現を実現するための高コントラスト化が求められている。

投写型表示装置のうちプロジェクションテレビの分野では、光学系を比較的簡素な構成とするためにライトバルブとしてＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラーデバイス）（登録商標）などが用いられている。このライトバルブは、各画素に対応する可動式のミラー素子を多数（例えば、数十万個）平面的に配列したものであり、画素情報に応じて各ミラー素子の傾角を変化させるように構成されている。ライトバルブを備えた投写型表示装置では、ミラー素子がＯＮの位置に傾いた場合には映像光が投写レンズを通してスクリーンに向かい、ＯＦＦの位置に傾いた場合には投写光学系の光軸から映像光が外れるよう、照明光学系、ライトバルブ、投写光学系が構成されている。

このようなライトバルブを用いた投写型表示装置では、ライトバルブ特有の動作に基づくコントラストの低下を考えなければならない。例えば、照明光学系のコントラストを改善する技術として、照明光学系内に絞り手段を設けて照明光線の角度分布を制御する方法がある（特許文献１参照）。

特許第４０３２６５８号公報（第４〜１０頁、第１，８，９図）

上記従来の技術の場合、照明光学系の中心軸はライトバルブの法線に対して傾いて配置されるので、ライトバルブのカバーガラスの表面で反射する正反射光は、ＯＮの光線が向かう方向とＯＦＦの光線が向かう方向のちょうど中間あたりの方向へ向かう。このため、ＯＦＦの光線と正反射光が投写光学系の中に取り込まれないような光学設計が行われる。しかしながら、上記従来の技術では、ライトバルブの微細格子構造に起因する回折光や、照明光学系内部で生じる散乱光などの光成分がコントラストを低下させてしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高いコントラストの画像を表示させることができる投写型表示装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源と、前記光源から出射された光の光強度を均一化する光強度均一化素子と、入射してくる光を空間的に強度変調して出射する光変調素子と、前記光強度均一化素子と前記光変調素子との間に配置されて前記光強度均一化素子からの光を拡散させる光拡散素子と、前記光拡散素子からの光を前記光変調素子へ導くとともに、前記光強度均一化素子の出射端面と前記光変調素子の表示素子面とが光学的に共役な関係となるよう構成されたリレー光学系と、前記光変調素子から出射された光をスクリーンに投写する投写光学系と、を備え、前記リレー光学系は、前記光強度均一化素子からの発散光を収束させる第１のレンズ手段と、当該第１のレンズ手段からの光をさらに収束させる第２のレンズ手段と、を有し、前記光拡散素子は、前記第１のレンズ手段が有するレンズのうち最も出射端面側のレンズと前記光強度均一化素子と、の間に配置され、前記第２のレンズ手段および前記光強度均一化素子は、前記第２のレンズ手段の光軸および前記光強度均一化素子の出射端面の中心が、それぞれ前記第１のレンズ手段の光軸から同じ方向にシフトするよう配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、高いコントラストの画像を表示させることが可能になるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１に係る投写型表示装置の光学系の共役関係を説明するための図である。 図３は、第１のレンズ手段の構成の一例を示す図である。 図４は、従来の第２のレンズ手段の配置位置を説明するための図である。 図５は、図４に示した配置位置に第２のレンズ手段を配置した場合のライトバルブ上の明領域を示す図である。 図６は、実施の形態１に係る投写型表示装置内での第２のレンズ手段の配置位置を説明するための図である。 図７は、図６に示した配置位置に第２のレンズ手段を配置した場合のライトバルブ上の明領域を示す図である。 図８は、照明光学系の構成の一例を示す図である。 図９は、照明光学系の他の構成例を示す図である。 図１０は、第１のレンズ手段および第２のレンズ手段の構成例を示す図である。 図１１は、実施の形態２に係る投写型表示装置の照明光学系の構成を示す図である。 図１２は、リア投写型プロジェクタ装置の構成を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る投写型表示装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の構成を示す図である。図１では、投写型表示装置１０の断面構成の概略を示している。投写型表示装置１０は、ライトバルブによって空間的に変調された光を拡大投写する装置である。本実施の形態の投写型表示装置１０は、照明光学系の内部で生じる散乱光成分などを低減するよう構成されている。

投写型表示装置１０は、光学装置（照明装置）と後述のスクリーン７などを含んで構成されている。光学装置は、光源１と、インテグレータ素子２と、光拡散素子３と、リレー光学系４と、反射型ライトバルブ５と、投写光学系６と、を有している。

光源１は、画像表示に用いる光を出射する装置である。光源１は、複数の単色光源であってもよいし、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザといった多色光源であってもよい。光源１は、出射した光の光軸が第１のレンズ手段４１の光軸と同じになるよう配置されており、光をインテグレータ素子２に向けて出射する。以下では、光源１が光の一例としてレーザ光を出射する場合について説明する。

インテグレータ素子（光強度均一化素子）２は、光源１からのレーザ光（光線）を混合する素子である。インテグレータ素子２は、光源１からのレーザ光を入射させるとともに、インテグレータ素子２の内側面でレーザ光線を反射させることによってレーザ光の光強度を均一化させる。インテグレータ素子２は、インテグレータ素子２の出射端面を面光源２１として、面光源２１から光強度の均一なレーザ光を出射する。インテグレータ素子２の面光源２１から出射されたレーザ光は光拡散素子３に送られる。

光拡散素子３は、光学作用面が照明光学系の中心軸に対してほぼ垂直となるように配置された板状の素子である。光拡散素子３は、入射してくるレーサ光を拡散させてリレー光学系４に送る。

リレー光学系４は、第１のレンズ手段（第１のレンズ群）４１、第２のレンズ手段（第２のレンズ群）４２を有している。第１のレンズ手段４１は、１〜複数枚のレンズを有しており、光拡散素子３からのレーザ光を集光して第２のレンズ手段４２に導く。第２のレンズ手段４２は、１〜複数枚のレンズを有しており、第１のレンズ手段４１からのレーザ光を集光して反射型ライトバルブ５に導く。換言すると、リレー光学系４は、光拡散素子３からの発散光を収束させる第１のレンズ手段４１と、第１のレンズ手段４１からのレーザ光をさらに収束させて反射型ライトバルブ５に導く第２のレンズ手段４２と、を備えている。リレー光学系４は、面光源２１からのレーザ光を反射型ライトバルブ５に導いて反射型ライトバルブ５を照明する。

反射型ライトバルブ５は、入射してくるレーザ光を空間的に強度変調して出射する素子であり、２次元的に多数の画素が配列されている。反射型ライトバルブ５は、例えばＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラーデバイス）（登録商標）などの反射型光変調素子である。反射型ライトバルブ５は、各画素に対応する可動式のミラー素子（マイクロミラー）を多数（例えば、数十万個）平面的に配列したものであり、画素情報に応じて各ミラー素子の傾角（チルト）を変化させるように構成されている。

反射型ライトバルブ５の各ミラー素子は、入射してくるレーザ光を画像表示に用いる場合には、ミラー素子の配列された基準面に対して一定の方向に所定の角度（例えば、１２度）だけ傾けられる。これにより、ミラー素子に入射してくるレーザ光の入射光束が投写光学系６に向けて反射される。

また、反射型ライトバルブ５の各ミラー素子は、入射してくるレーザ光を画像表示に用いない場合には、ミラー素子の配列された基準面に対して一定の方向に所定の角度（例えば、−１２度）だけ傾けられる。これにより、ミラー素子に入射してくるレーザ光の入射光束が光吸収板（図示せず）に向けて反射される。

投写光学系６は、投写レンズを含んで構成されている。投写光学系６は、反射型ライトバルブ５から導かれてきたレーザ光を投写レンズを介して、後述のスクリーン７に映像として投写する。なお、光吸収板に入射した光束は、スクリーン７上の画像投写に利用されない。

本実施の形態の投写型表示装置１０では、インテグレータ素子２と第２のレンズ手段４２が、第１のレンズ手段４１などの光軸（中心軸）から所定距離だけずらされた状態で投写型表示装置１０内に配設されている。

図１において、第１のレンズ手段４１の光軸が光軸Ｌ０である。また、第２のレンズ手段４２の光軸（配置位置を調整した後の光軸）が光軸Ｌ３であり、インテグレータ素子２の光軸（配置位置を調整した後の光軸）が光軸Ｌ２である。また、投写光学系の光軸が光軸Ｌ１である。なお、光軸Ｌ０は、従来の照明光学系（第２のレンズ手段、インテグレータ素子）の光軸でもある。

ここで、インテグレータ素子２について説明する。インテグレータ素子２は、ガラス等の透明均質媒質で作成された柱状部材（ロッド）や、反射ミラーを内側に向けて中空のパイプ状にした管状部材（ライトパイプ）などを含んで構成されている。

インテグレータ素子２内に入射したレーザ光は側面で多数回反射することによってミキシングされる。インテグレータ素子２を構成する部材が光軸方向に対して十分に長い場合には、インテグレータ素子２の出射端面である面光源２１においてレーザ光の強度分布が略均一となる。

ところが、インテグレータ素子２の側面が互いに平行となるよう構成されている場合は、入射するレーザ光の角度成分が維持されながらレーザ光が伝播するので、光源１からのレーザ光が特徴的な角度分布を有する場合にはレーザ光を平均化することができない。そして、不均一な角度分布を持つ照明光でライトバルブを照明した場合、後段の投写光学系やスクリーンとの相互作用によって、色むらや輝度むらといった症状が画面に現れることがあり、不都合である。

例えば、ＬＥＤやレーザなどの多色光源の場合、各原色の発光角度特性に顕著な差があることが多い。このため、空間的に別の位置から発せられた各単色光を合成光学系等でほぼ共通の光軸に揃えたとしても、合成された光源光の角度分布は不均一なままである。また、各単色光源がそれぞれ唯一ではなく複数個用いられる場合も、各単色光源の空間的な配置に伴う特徴的な角度分布が発生するので、色むら等が発生する一因となる。

また、光源がレーザである場合には、コヒーレント光の場合に顕著に発生するスペックルを低減させなければ高品位な画面（画像表示）を提供することができない。このような光源光の角度分布の不均一性や、コヒーレント光起因のスペックルを改善するためには、照明光学系を構成する光学面の一部を散乱面としたり、拡散板などの光学要素を追加したりすればよい。

本実施の形態の投写型表示装置１０では、インテグレータ素子２の後段で且つ第１のレンズ手段４１の前段（手前）に光拡散素子３を配置しており、これにより、光源１の角度分布の均一化を図っている。光拡散素子３を照明光学系内の何れの位置に配置するかは、投写型表示装置１０全体への影響を考慮して決定されている。

図２は、実施の形態１に係る投写型表示装置の光学系の共役関係を説明するための図である。なお、ここでは説明を簡単にするために、反射型ライトバルブ５の代わりに透過型のライトバルブ５１を用いた場合について説明する。

リレー光学系４の作用を示す光学的な共役関係８１（以下、共役関係８１という）は、インテグレータ素子２の出射端面に形成される面光源２１が物体面であり、ライトバルブ５１の表示素子面が像面である。換言すると、面光源２１とライトバルブ５１は、それぞれが物体面と像面となるよう、投写型表示装置１０の光路内に配置されており、これにより、面光源２１とライトバルブ５１とが共役関係８１を有している。

また、光学的な共役関係８２（以下、共役関係８２という）は、ライトバルブ５１が物体面であり、スクリーン７が像面である。換言すると、ライトバルブ５１とスクリーン７は、それぞれが物体面と像面となるよう、投写型表示装置１０の光路内に配置されており、これにより、ライトバルブ５１とスクリーン７とが共役関係８２を有している。

また、光学的な共役関係８３（以下、共役関係８３という）は、インテグレータ素子２の入射端面２２が物体面であり、第１のレンズ手段４１と第２のレンズ手段４２の間にある仮想面４３が像面である。換言すると、入射端面２２と仮想面４３は、それぞれが物体面と像面となるよう、投写型表示装置１０の光路内に配置されており、これにより、入射端面２２と仮想面４３とが共役関係８３を有している。

また、光学的な共役関係８４（以下、共役関係８４という）は、仮想面４３が物体面であり、投写光学系６内に含まれる光学絞り６１が像面である。換言すると、仮想面４３と光学絞り６１は、それぞれが物体面と像面となるよう、投写型表示装置１０の光路内に配置されており、これにより、仮想面４３と光学絞り６１とが共役関係８４を有している。なお、図２では、第１のレンズ手段４１を物体面とした場合の像面に相当する仮想面を仮想面４４で示している。

上述した４つの共役関係８１〜８４が同時に成り立つ構成としているので、光源１からのレーザ光をリレー光学系４が効率良く伝播することができる。また、リレー光学系４を伝播したレーザ光によってライトバルブ５１を照明し、これにより映像光をスクリーン７へ導くことができる。

ここで、共役関係８１と共役関係８２を合わせて考えると、面光源２１はスクリーン７と光学的に共役な関係となっている。このため、光拡散素子３は、光源１からのレーザ光が有する角度分布の不均一性を低減させるだけでなく、スクリーン７へも直接的な作用を及ぼすことができる。例えば、レーザ光源を用いた投写型表示装置１０の場合、スクリーン７上に発生するスペックルを低減させることが可能となる。

なお、光拡散素子３を仮想面４３に配置した場合であっても、光源１からのレーザ光が有する角度分布の不均一性を低減させることが可能となる。これは、第１のレンズ手段４１を通過した光線の角度分布は面光源２１から変化しているが、光拡散素子３の特性を光拡散素子３の配置位置での光線の角度分布に応じて最適化すれば、ほぼ同じ光拡散効果が配置位置に依らず得られるからである。ところが、共役関係８４が示すように、仮想面４３は、投写光学系６の光学絞り６１と光学的に共役な関係であるので、光拡散素子３によるスクリーン７への積極的な効果を得ることは難しくなる。

ところで、面光源２１と第１のレンズ手段４１の間に光拡散素子３を配置すると、新たな問題（コントラストの低下など）が生じる場合がある。ここで、第１のレンズ手段４１の具体的な実装方法について説明する。図３は、第１のレンズ手段の構成の一例を示す図である。図３では、第１のレンズ手段４１の概略構成を斜視図で示している。

第１のレンズ手段４１は、レンズ４１０を固定する押え部品４１１と、ネジ４１２と、投写型表示装置１０の筐体９に形成されるとともにレンズ４１０の配置を決める溝構造９１と、を含んで構成されている。

第１のレンズ手段４１では、溝構造９１にレンズ４１０の下部が挿入されている。そして、レンズ４１０の位置や姿勢が変わらないように押え部品４１１でレンズ４１０の上部が押えられるとともに、ネジ４１２によって押え部品４１１が筐体９に固定される。溝構造９１を成型して筐体９の一部としておくこの構造は、レンズ４１０のホルダ部品を省略できるので、組立性が良くなる点、レンズ４１０の位置精度を向上させることができる点、総じてコストを低減させることができる点で優れている。

また、溝構造９１によって筐体９内のレンズ４１０の前段と後段との空間をほぼ分離することができるので、筐体９の内部で発生する迷光成分がレンズ４１０の後段に伝播しにくくなる。この結果、画像表示のコントラストが向上する。

しかしながら、レンズ４１０より前段に光拡散素子３が配置される場合、光拡散素子３による後方散乱成分や、レンズ４１０の受容角度を超えてしまう光線成分が、光拡散素子３が存在しない場合に生じる迷光より強い迷光となって筐体９の内部（レンズ４１０の前段側）に閉じ込められることとなる。この迷光は、画像表示のコントラストを悪くする原因となる。そして、画像表示のコントラストが悪くなると、黒表示時の投写画面に悪い影響を及ぼす。

ここで、レンズ４１０より前段に光拡散素子３を配置した場合にコントラストが低下する理由について説明する。ここでは、光拡散素子３によって発生する強い散乱光の振る舞いとして、レンズより前段の空間で発生した散乱光がライトバルブに与える影響を説明する。

図４は、従来の第２のレンズ手段の配置位置を説明するための図である。図４では、レンズ４１０近傍の壁構造を壁構造９１０として図示している。また、第２のレンズ手段４２Ｘがレンズ４１０を物体面とした場合の像面に相当する仮想面を仮想面４４で示している。光学的な共役関係８５（以下、共役関係８５という）は、レンズ４１０が物体面であり、仮想面４４が像面である。

従来、図４に示すように、第２のレンズ手段４２Ｘの光軸とレンズ４１０の光軸とが同じ位置になるよう第２のレンズ手段４２Ｘが投写型表示装置１０内に配置されていた。この場合において、第２のレンズ手段４２Ｘは、レンズ４１０との組合せによって面光源２１とライトバルブ５１とを光学的な共役関係とするものである。また、第２のレンズ手段４２Ｘは、第２のレンズ手段４２Ｘのみの作用によってレンズ４１０近傍の面をライトバルブ５１の後段に結像するという作用を有している。

第２のレンズ手段４２Ｘは、ライトバルブ５１に対してレンズ４１０よりも近い位置に配置されている。このため、図４の光線９１１，９１２で示すようにレンズ４１０の開口部だけでなく開口部の周辺のレーザ光が遮られている壁構造９１０の一部を含めた範囲を物体面として、レーザ光がライトバルブ５１の後段に結像することになる。このとき、図５に示すように、ライトバルブ５１Ｘ上の所定範囲（中心に位置する明領域５１１）だけが有効エリア５１０内の他の領域よりも僅かに明るくなるという現象が起きる。

このため、本実施の形態では、第２のレンズ手段４２の光軸が、レンズ４１０の光軸の位置から少しずれた位置となるよう第２のレンズ手段４２を投写型表示装置１０内に配置しておく。

図６は、実施の形態１に係る投写型表示装置内での第２のレンズ手段の配置位置を説明するための図である。第２のレンズ手段４２をレンズ４１０の光軸に対して垂直下方に少し移動させると、共役関係８１においてライトバルブ５１上での照明エリアが第２のレンズ手段４２の移動量に応じた距離だけ移動する。ライトバルブ５１にとっては照明エリアが部分的に欠落することになるものの、図７に示すように、ライトバルブ５１の中央に生じていた僅かに明るい明領域５１１の一部をライトバルブ５１の有効エリア５１０外へ移動させることができる。

さらに、インテグレータ素子２を、第２のレンズ手段４２の配置位置に応じた位置に配置しておく。具体的には、インテグレータ素子２を、前記照明エリアの移動による光軸のずれを補正する方向に、ずれを補正できる距離だけ移動させておく。このインテグレータ素子２の配置位置によって第２のレンズ手段４２の配置位置に整合した照明光学系が形成され、ライトバルブ５１の照明が部分的に欠落する現象を解消できる。

インテグレータ素子２の移動量が所定値よりも小さい場合、光拡散素子３による散乱光成分の発生には影響を与えることがない。なぜなら、ライトバルブ５１上に到達する散乱光成分は、前段の第２のレンズ手段４２の移動（配置位置）によってライトバルブ５１の外側に追いやられたままだからである。

このような照明光学系の僅かな配置の調整により、第１のレンズ手段４１の最終光学面（後述の第２のレンズ４１０Ｂの光学面）の光学像が、投写レンズの入射開口から外れた位置に形成される。したがって、光拡散素子３の特徴的な配置によって生じる散乱光が原因で生じるコントラスト低下を防ぐことが可能となる。この結果、各構成要素の光軸の関係が、例えば図１に示したような関係（光軸Ｌ１〜Ｌ３）となる。

図８は、照明光学系の構成の一例を示す図である。図８では、第２のレンズ手段４２とインテグレータ素子２の配置位置の一例を示している。同図に示すように、本実施の形態の第２のレンズ手段４２は、レンズ４１０の光軸Ｌ０から所定距離だけ離れた位置が第２のレンズ手段４２の光軸となるよう配置されている。ここでの光軸Ｌ０からの第２のレンズ手段４２の光軸のずれ量は、明領域５１１の一部をライトバルブ５１の有効エリア外へ移動させることができ、且つライトバルブ５１上に到達する散乱光成分がライトバルブ５１の外側に追いやることができる距離である。

また、インテグレータ素子２は、レンズ４１０の光軸Ｌ０から所定距離だけ離れた位置がインテグレータ素子２の光軸となるよう光軸Ｌ０から平行移動した位置に配置されている。換言すると、インテグレータ素子２は、インテグレータ素子２の光軸Ｌ２が第１のレンズ手段４１の光軸Ｌ０と平行になり、光軸Ｌ２が光軸Ｌ０から所定距離だけ離されるよう配置されている。これにより、投写型表示装置１０では、第２のレンズ手段４２とインテグレータ素子２は、調整前の光軸Ｌ０に対してともに同じ方向にシフトさせられている。ここでの光軸Ｌ０からのインテグレータ素子２の光軸のずれ量は、インテグレータ素子２から出射されたレーザ光の中心軸が第２のレンズ手段４２の中心へ入射することができる距離である。

また、光源１は、光源１からのレーザ光がインテグレータ素子２の中心に入射されるよう、投写型表示装置１０内に配置されている。具体的には、光源１は、インテグレータ素子２と同じ方向に同じ距離だけ移動させられた位置に配置されている。換言すると、光源１は、出射した光の光軸がインテグレータ素子２の光軸と同じになるよう配置されている。

なお、インテグレータ素子２や光源１の配置位置は図８に示した配置位置に限らない。図９は、照明光学系の他の構成例を示す図である。図９では、第２のレンズ手段４２とインテグレータ素子２の配置位置の他の例を示している。同図に示すように、第２のレンズ手段４２は、レンズ４１０の光軸Ｌ０から所定距離だけ離れた位置が第２のレンズ手段４２の光軸となるよう配置されている。

また、インテグレータ素子２は、レーザ光の入射面の中心位置を回転軸として、レーザ光の出斜面側が回転させられている。具体的には、インテグレータ素子２の入射面の中心を光軸Ｌ０が通過するとともに、インテグレータ素子２の出射面が図８に示したインテグレータ素子２の出射面と略同じ位置となるよう、インテグレータ素子２が配置されている。換言すると、インテグレータ素子２は、入射面の中心が光源１から出射された光の光軸上であり且つ出射面の中心が第１のレンズ手段４１の光軸上からシフトするよう配置されている。これにより、インテグレータ素子２の光軸は、光源１から出射された光の光軸から所定の角度だけ傾いている。なお、光源１は、移動させる必要はなく、光軸Ｌ０上にレーザ光を出射できる位置に配置しておく。

つぎに、図１０を参照して、第１のレンズ手段４１、第２のレンズ手段４２の具体的な設計例について説明する。図１０は、第１のレンズ手段および第２のレンズ手段の構成例を示す図である。ここでは、照明光学系の一例として、インテグレータ素子２とライトバルブ５１の間に３枚のレンズが配置されている照明光学系について説明する。

照明光学系内には、第１のレンズ手段４１のレンズ４１０として第１のレンズ４１０Ａと第２のレンズ４１０Ｂが配置されている。ここでの第２のレンズ４１０Ｂが、第１のレンズ手段４１の最終光学面（最終レンズ手段）である。換言すると、第２のレンズ４１０Ｂは、第１のレンズ手段４１が有するレンズのうち最も出射端面側に配置されているレンズである。また、照明光学系内には、第２のレンズ手段４２のレンズとして第３のレンズ４２０が配置されている。この構成により、インテグレータ素子２からの発散光線は、第１のレンズ４１０Ａ、第２のレンズ４１０Ｂを介して後段の第３のレンズ４２０へ導かれる。

例えば、第１のレンズ４１０Ａの焦点距離が１８．７ｍｍであり、第２のレンズ４１０Ｂの焦点距離が３９．６ｍｍであり、第３のレンズ４２０の焦点距離が４０．８ｍｍであるとする。また、インテグレータ素子２から第１のレンズ４１０Ａまでの距離が７ｍｍであり、第１のレンズ４１０Ａと第２のレンズ４１０Ｂとの間の間隔が２．３ｍｍであり、第２のレンズ４１０Ｂと第３のレンズ４２０の間の間隔が６４．３ｍｍであるとする。この場合、Ｆナンバーが約２．５となる照明光学系を構成することができ、対角寸法が約０．６５インチのライトバルブ５１を効率良く照明することができる。この設計例では、第３のレンズ４２０を光軸Ｌ０に対して約１ｍｍシフト配置するだけで上記散乱光成分をライトバルブ５１の外側に追いやることが可能となる。

このように、本実施の形態では、高いコントラストの画像を表示させるために、ライトバルブ５１の微細格子構造に起因する回折光や、照明光学系内部で生じる散乱光などの光成分の扱いを考慮して、第２のレンズ手段４２やインテグレータ素子２などを配置している。これにより、光学系内部で発生する散乱光成分を低減して高コントラスト映像を表示することが可能となる。

このように実施の形態１によれば、光拡散素子３がインテグレータ素子２と第１のレンズ手段４１の最終レンズとの間に配設されるとともに、第２のレンズ手段４２の光軸とインテグレータ素子２の出射端面が第１のレンズ手段４１の光軸から同じ方向にシフトするよう配置されている。このため、インテグレータ素子２の出射端面とライトバルブ５１との光学的な共役関係を維持して光の伝達効率を保つことができる。また、第１のレンズ手段４１の最終光学面の光学像が、投写レンズの入射開口から外れた位置に形成されるので、黒表示時に不要な散乱光が投写レンズに進入することを避けることができる。したがって、高いコントラストの画像を表示させることが可能になる。

実施の形態２．
つぎに、図１１を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、カーブミラー（反射ミラー）、ライトバルブ５１、投写光学系６が、Ｚ字折り曲げ構成で配置されるとともに、カーブミラーの配置位置を調整することによって光拡散素子３の散乱光成分などをライトバルブ５１に入射させないようにする。なお、本実施の形態の投写型表示装置１０は、ライトバルブ５１の近傍（後述するカーブミラー４２１Ｂ）以外は、実施の形態１の投写型表示装置１０と同様の構成を有しており、重複する説明は省略する。

図１１は、実施の形態２に係る投写型表示装置の照明光学系の構成を示す図である。図１１では、照明光学系の断面構成の概略を示している。本実施の形態に係る投写型表示装置の照明光学系は、ライトバルブ５１の直前（前段）に配置されたカーブミラー４２１Ｂを有している。

投写型表示装置１０では、光源１からのレーザ光がカーブミラー４２１Ｂに導かれ、カーブミラー４２１Ｂでレーザ光が反射されてライトバルブ５１に入射される。そして、ライトバルブ５１で反射されたレーザ光が投写光学系６から画像光としてスクリーン７に投写される。

図１１では、従来のカーブミラー４２１Ａの法線（ミラー面の中心からの法線方向）を法線Ａで示し、本実施の形態のカーブミラーの４２１Ｂの法線を法線Ｂで示している。本実施の形態では、光拡散素子３の散乱光成分をライトバルブ５１へ導かないようにするために、カーブミラーを、カーブミラー４２１Ａの位置からカーブミラー４２１Ｂの位置に移動調整して配置しておく。具体的には、法線Ａに対して法線Ｂが平行移動となるよう、カーブミラー４２１Ｂをカーブミラー４２１Ａの位置から平行移動させる。換言すると、カーブミラー４２１Ｂは、カーブミラー４２１Ａに入射するレーザ光の光軸に対して垂直方向にシフトするよう配置されている。

これにより、照明光学系から導かれたレーザ光線４３０がライトバルブ５１に入射し、ライトバルブ５１からのレーザ光線４３０が映像光として投写光学系６に入射する。また、照明光学系から導かれたレーザ光線のうち、映像光には用いられないレーザ光線４３１（光拡散素子３の散乱光成分など）は、ライトバルブ５１に入射することなく、吸収板などに入射する。

このように実施の形態２によれば、カーブミラー４２１Ｂを備えているので、レンズ素子だけで照明光学系を構成する場合よりも柔軟な光学系レイアウトが可能となる。また、カーブミラー４２１Ｂ、ライトバルブ５１、投写光学系６が、Ｚ字折り曲げ構成を有しているので、コンパクトな投写型表示装置１０を構成することができる。

また、カーブミラー４２１Ｂの配置位置をカーブミラー４２１Ａの位置から平行移動させているので、レンズ素子だけで照明光学系を構成した実施の形態１の投写型表示装置１０と同様の散乱光低減作用を得ることができる。したがって、高いコントラストの画像を表示させることが可能になる。

なお、実施の形態１，２で説明した投写型表示装置１０をプロジェクタ装置に適用する場合、リア投写型プロジェクタ装置（背面投写型表示装置）に適用してもよいし、フロント投写型プロジェクタ装置（前面投写型表示装置）に適用してもよい。

図１２は、リア投写型プロジェクタ装置の構成を示す図である。リア投写型プロジェクタ装置１００は、実施の形態１，２で説明した投写型表示装置１０と、反射ミラー７２と、スクリーン７１と、を備えて構成されている。投写型表示装置１０から出射されたレーザ光は、反射ミラー７２で反射されてスクリーン７１に導かれる。投写型表示装置１０は、リア投写型プロジェクタ装置およびフロント投写型プロジェクタ装置の何れに適用した場合であっても、表示画像のコントラストを向上させることが可能となる。

以上のように、本発明に係る投写型表示装置は、空間的に強度変調された光を用いての画像の投写表示に適している。

１ 光源
２ インテグレータ素子
３ 光拡散素子
４ リレー光学系
５ 反射型ライトバルブ
６ 投写光学系
７，７１ スクリーン
９ 筐体
１０ 投写型表示装置
２１ 面光源
２２ 入射端面
４１ 第１のレンズ手段
４２ 第２のレンズ手段
４３，４４ 仮想面
５１ ライトバルブ
７２ 反射ミラー
８１〜８５ 共役関係
９１ 溝構造
１００ リア投写型プロジェクタ装置
４１０ レンズ
４１０Ａ 第１のレンズ
４１０Ｂ 第２のレンズ
４２０ 第３のレンズ
４２１Ｂ カーブミラー
４３０，４３１ レーザ光線
５１１ 明領域
９１０ 壁構造
９１１，９１２ 光線
Ｌ０〜Ｌ３ 光軸

Claims (3)

1. 光源と、
   前記光源から出射された光の光強度を均一化する光強度均一化素子と、
   入射してくる光を空間的に強度変調して出射する光変調素子と、
   前記光強度均一化素子と前記光変調素子との間に配置されて前記光強度均一化素子からの光を拡散させる光拡散素子と、
   前記光拡散素子からの光を前記光変調素子へ導くとともに、前記光強度均一化素子の出射端面と前記光変調素子の表示素子面とが光学的に共役な関係となるよう構成されたリレー光学系と、
   前記光変調素子から出射された光をスクリーンに投写する投写光学系と、
   を備え、
   前記リレー光学系は、前記光強度均一化素子からの発散光を収束させる第１のレンズ手段と、当該第１のレンズ手段からの光をさらに収束させる第２のレンズ手段と、を有し、
   前記光拡散素子は、前記第１のレンズ手段が有するレンズのうち最も出射端面側のレンズと前記光強度均一化素子と、の間に配置され、
   前記第２のレンズ手段および前記光強度均一化素子は、前記第２のレンズ手段の光軸および前記光強度均一化素子の出射端面の中心が、それぞれ前記第１のレンズ手段の光軸から同じ方向にシフトするよう配置されていることを特徴とする投写型表示装置。
2. 前記光強度均一化素子は、前記光強度均一化素子の光軸が前記第１のレンズ手段の光軸と平行になるよう配置され、
   前記光源は、出射した光の光軸が前記光強度均一化素子の光軸と同じになるよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 前記光源は、出射した光の光軸が前記第１のレンズ手段の光軸と同じになるよう配置され、
   前記光強度均一化素子は、入射端面の中心が前記光源から出射された光の光軸上であり且つ出射端面の中心が前記第１のレンズ手段の光軸上からシフトするよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。

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