JPH07159722A - 投射装置 - Google Patents

投射装置

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JPH07159722A
JPH07159722A JP5340413A JP34041393A JPH07159722A JP H07159722 A JPH07159722 A JP H07159722A JP 5340413 A JP5340413 A JP 5340413A JP 34041393 A JP34041393 A JP 34041393A JP H07159722 A JPH07159722 A JP H07159722A
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JP
Japan
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light
lens
optical path
fly
reflected
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JP5340413A
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English (en)
Inventor
Yuji Mabe
雄二 間辺
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Priority to US08/341,128 priority patent/US5473393A/en
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
    • H04N9/3105—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying all colours simultaneously, e.g. by using two or more electronic spatial light modulators
    • H04N9/3108—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying all colours simultaneously, e.g. by using two or more electronic spatial light modulators by using a single electronic spatial light modulator
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    • H04N5/7416—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal
    • H04N5/7441—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal the modulator being an array of liquid crystal cells
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    • H04N5/7416—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 投射像に歪が生じないこと、投射像の照度や
輝度が均一化されていること、並びに投射光量が十分な
投射装置を提供すること。 【構成】 照明光束を反射型のライトバルブ手段に照射
すると共に、ライトバルブ手段で空間変調された反射光
をスクリーンに結像させる方式の投射装置において、照
明光学系の光路中に、フライアイレンズと、フライアイ
レンズからの光束をライトバルブ手段の反射面に導くリ
レーレンズとを備え、リレーレンズがライトバルブ手段
の反射面とリレーレンズの光学面とが平行となるように
配置され、光束をライトバルブ手段に導くと共に、ここ
からの反射光を結像手段に導くように各光路を分割合成
する光路分割手段を更に備えてなるもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、液晶ビデオプ
ロジェクター等に応用される投射装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、大きなスクリーンにテレビジョ
ン画像を投射する装置として、液晶ビデオプロジェクタ
ーが挙げられる。液晶ビデオプロジェクターは、液晶が
持つ複屈折性と偏光光学系とを組み合わせた位相変調型
の構成よりなるものと、ポリマー分散型液晶のように光
の散乱性を持つ液晶とシュリーレン光学系とを組み合わ
せた散乱型の構成よりなるものとに大別される。
【０００３】ここで、後者の光の散乱性を持つ液晶とシ
ュリーレン光学系とを組み合わせた従来の散乱型液晶ビ
デオプロジェクターの一例を図９に示す。図９におい
て、光源９１から発せられた照明光束は、コンデンサー
レンズ９２によって略平行化されたのちに、ライトバル
ブ９６の反射面に照射されている。
【０００４】ライトバルブ９６で反射された光束は投影
光学系に導かれるが、このときライトバルブ９６上にお
いて空間変調を伴っている。例えば、油膜や金属膜の表
面を電子的手段で変形させる等の方法によりライトバル
ブ９６上に照射された光束を部分的に散乱反射させる部
位を形成させて、照射光束を反射する際に、直接反射光
と、散乱反射光とを形成することにより空間変調が行わ
れる。そして、ライトバルブ９６からの直接反射光また
は、散乱反射光のいずれかを選択して結像させることに
よりライトバルブ上の画像情報が投射される。
【０００５】図９に示す従来例では、ライトバルブ９６
上で直接反射された光束は、集光レンズ９１０により集
光された後、光吸収部材９１１により不要光束として除
去され、ライトバルブ９６上で部分的に散乱反射された
光束が、投影レンズ９７により集光されてスクリーン９
８上に投影されるものとなっている。
【０００６】このように、光源９１とコンデンサーレン
ズ９２等からなる照明光学系からライトバルブ９６に照
射された照明光束は、ライトバルブ９６上において空間
変調された後、投影レンズ９７等からなる投影光学系に
導かれ、スクリーン９８上に投射されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような散乱型の投
射装置は、照明光学系と投影光学系とが互いに干渉しな
いような構成とする必要がある。従って、図９に示した
従来例のようにライトバルブに対してそれぞれ二つの光
学系の光軸が空間的に傾くような構成としているのが一
般的であるが、このような斜め入射（反射）光を用いる
と、結果としてスクリーン上に投射された像が歪んでし
まう問題があった。
【０００８】この像の歪みは、投射光学系をシフトする
ことにより解決できるが、この方法では、投射光学系を
シフトするのに必要な投射光学系の要求性能が厳しくな
ってしまい、コストアップに繋がるという別の問題を引
き起こす。
【０００９】また、照明光学系の光源によっては照射光
束の断面内各部での照度が均一でないため、これに基づ
いて投影される投影像等にスクリーン上での輝度ムラが
生じることがある。このため、照明光束の照度を均一に
する方法として、フライアイレンズを使用することが考
えられる。
【００１０】このフライアイレンズは、図８に示したよ
うな多数のレンズエレメントを組み合わせたものであ
り、これを照明光学系に組み込むことにより照明光束の
照度を均一にすることができる。
【００１１】図８にフライアイレンズを使用した一般的
な照明光学系の配置構成の一例を示す。この図におい
て、光源８１と照射面８９とは互いに対向するように設
けられており、光源８１から発せられた光束は、コンデ
ンサーレンズ８２により略平行化された後、フライアイ
レンズ８３に入射する。
【００１２】フライアイレンズ８３に入射した光束は、
それぞれのレンズエレメントにより分割されて集光され
た後、それぞれ発散しながらリレーレンズ８５に入射
し、このリレーレンズ８５により照射面８９上の同一領
域を夫々照射する。従って、この照射面８９は、均一な
強度で照射される。
【００１３】図８に示したようなフライアイレンズを投
射装置に組み合わせることができれば、投射像の輝度ム
ラの問題を解決することができるが、このフライアイレ
ンズは、一般にはフライアイレンズに入射する光束の光
軸と、フライアイレンズの入射面及び照射面とが直交し
ていなければ均一化効果が発揮されない。
【００１４】従って、ライトバルブに対してそれぞれ二
つの光学系の光軸が空間的に傾くような構成である散乱
型投射装置の照明光学系に、ただフライアイレンズを入
れただけでは、照明光束の強度の均一化の効果が期待で
きず、像の歪みの問題も残在する。
【００１５】この投射像の輝度ムラの問題を解決するた
めの別の方法として、フライアイレンズの代わりにハー
フミラー等を用いて光路合成分割を行うことにより照明
光束の強度の均一化を図ることも考えられる。しかしな
がら、このような方法ではハーフミラーによる半透過
（反射）光により光量損失が生じてしまうため、最終的
に投射される画像情報像の光量が全体的に低くなってし
まう問題があった。
【００１６】更に、ライトバルブにおいて照射光束を散
乱反射光と直接反射光とに空間変調した後、照度が強い
直接反射光の方を不要光束として除去する（散乱した反
射光を選択して投影する）ので、スクリーン上に投影す
る光量が全体として少なくなり、投射像が暗くなるとい
う問題もあった。
【００１７】以上述べたように、従来のシュリーレン光
学系を応用した散乱型の投射装置では、ライトバルブに
対してそれぞれ二つの光学系の光軸が空間的に傾くよう
な構成としているため、投影像に歪みが発生する。
【００１８】しかも、光源からの照明光束に部分的な照
度ムラが生ずると、投影像に輝度ムラが発生しやすく、
この輝度ムラを解決するために光路合成分割を行うと、
最終的に投射された画像情報像の光量が全体的に低くな
ってしまう問題があった。
【００１９】そこで、最終的に投射された画像情報像の
光量を全体的に上げるために、直接反射光を利用する方
法（実公昭６０−４１５３８号公報）が提案されてい
る。しかしながら、この直接反射光を利用する方法で
は、照明光束の強度の均一化の効果が期待できず、像の
歪みの問題も残在してしまう。
【００２０】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、投影特性に優れた投射装置を提供すること主
目的とするものであり、特に散乱型投射装置として利用
した場合に、投射像に歪みが発生しない構成の光学系を
提供することを目的とするものである。
【００２１】また本発明は、照明光の照度ムラを抑えて
投影像の輝度ムラを防止すること、並びに投影系全体と
しての光量を上げて明るい投射画像が得られることが可
能な光学系を構築し、例えばシュリーレン光学系を用い
ても、優れた投射特性を備えた投射装置を提供すること
を目的とするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本願の請求項１記載の発明では、二次元画像表示のため
に光を空間変調する反射型ライトバルブ手段と、光源か
らの照明光束を前記ライトバルブ手段の反射面に照射す
る照明光学系と、前記ライトバルブ手段の前記反射面で
空間変調された反射光をスクリーンに結像させる結像手
段とを備えた投射装置において、前記照明光学系は、光
源からの光束の光路中に、フライアイレンズと、該フラ
イアイレンズからの光束を前記ライトバルブ手段の前記
反射面に導くリレーレンズとを備え、該リレーレンズ
は、前記ライトバルブ手段の前記反射面と前記リレーレ
ンズの光学面とが平行となるように配置され、前記光源
からの光束を前記ライトバルブ手段の前記反射面に導く
と共に、前記反射面からの反射光を前記結像手段に導く
ように前記照明光束と前記反射光との各光路を分割する
光路分割手段を更に備えたことを特徴とする投射装置を
提供する。
【００２３】本願請求項２に係る発明では、請求項１記
載の発明に係る投射装置において、前記フライアイレン
ズを構成するレンズエレメントが、それぞれ前記光路分
割手段の分割面上に焦点を結ぶように配設され、前記反
射面と前記リレーレンズ間、並びに前記リレーレンズと
前記反射面間の光軸に沿う光学的距離が互いに前記リレ
ーの焦点距離と等しくなるように構成されていることを
特徴とする。
【００２４】請求項３に係る発明では、請求項２記載の
発明に係る投射装置において、前記フライアイレンズを
構成する各レンズエレメントが各々光軸を中心に点対称
な位置に配置されていることを特徴とするものである。
【００２５】請求項４に係る発明では、請求項２記載の
発明に係る投射装置において、前記フライアイレンズを
構成する各レンズエレメントが各々光軸を中心に点対称
な位置を除く位置に配置されていることを特徴とするも
のである。
【００２６】請求項５に係る発明では、請求項１〜４の
いずれかに記載した発明に係る投射装置において、前記
光路分割手段が、前記フライアイレンズの各レンズエレ
メントの焦点位置に対応する部分にのみ光反射部を備
え、他の部分では前記反射面からの反射光を透過する構
成であることを特徴とするものである。
【００２７】また、請求項６に係る発明では、請求項１
〜４のいずれかに記載した発明に係る投射装置におい
て、前記光路分割手段が、前記フライアイレンズの各レ
ンズエレメントの焦点位置に対応する部分にのみ光透過
部を備え、他の部分では前記反射面からの反射光を反射
する構成であることを特徴とするものである。
【００２８】一方、請求項７に係る発明では、二次元画
像表示のために光を空間変調する反射型ライトバルブ手
段と、光源からの照明光束を前記ライトバルブ手段の反
射面に照射する照明光学系と、前記ライトバルブ手段の
前記反射面で空間変調された反射光をスクリーンに結像
させる結像手段とを備えた投射装置において、前記照明
光学系が、光源からの光束の光路中に、フライアイレン
ズと、該フライアイレンズからの光束を前記ライトバル
ブ手段の前記反射面に導くリレーレンズとを備え、該リ
レーレンズは、前記ライトバルブ手段の前記反射面と前
記リレーレンズの光学面とが平行となるように配置され
ていることを特徴とする投射装置を提供するものであ
る。
【００２９】また、請求項８に係る発明は、請求項７記
載の発明に係る投射装置において、前記照明光束が、前
記リレーレンズの光軸に対して斜めに入射するように配
置されていることを特徴とするものである。
【００３０】さらに、請求項９に係る発明では、対象物
に対して光源からの光束を照射する照明光学系と、対象
物からの反射光を検出する検出手段と、前記光源からの
光束を前記対象物に導くと共に、前記対象物からの反射
光を前記検出手段に導くように前記照明光と前記反射光
との各光路を分割する光路分割手段を備えた光学系にお
いて、前記照明光学系は、光源からの光束の光路中に、
フライアイレンズと、該フライアイレンズからの光束を
前記対象物に導くリレーレンズとを備え、前記フライア
イレンズを構成するレンズエレメントが、それぞれ前記
光路分割手段の分割面上に焦点を結ぶように配設され、
前記分割面と前記リレーレンズ間、並びに前記リレーレ
ンズと前記対象物間の光軸に沿う光学的距離が互いに前
記リレーレンズの焦点距離と等しくなるように構成さ
れ、前記光分割手段は、前記分割面上の前記フライアイ
レンズを構成するレンズエレメントの焦点位置に対応す
る部分でのみ光束を反射或いは透過する光選択部を備え
ており、前記反射光を前記光選択部以外の部分で透過或
いは反射させることにより検出手段に導くことを特徴と
する光路分割手段を備えた光学系を提供する。
【００３１】
【作用】本願に係る発明は、上記のように構成されてい
るため以下の作用を奏する。まず、請求項１記載の発明
に係る投射装置では、光源を備えた照明光学系により形
成される光路中に、フライアイレンズと、該フライアイ
レンズからの光束を前記ライトバルブ手段の反射面に導
くリレーレンズとを備えているので、光源からの照明光
束の強度分布や強度ムラ等が生じないように均一化させ
てからライトバルブ手段に照明光束を導くものとなって
いる。
【００３２】従って、光源から発せられる光束が、光束
断面内で強度ムラや強度分布等を有していても、フライ
アイレンズにより均一な照度分布を持った光束に変換さ
れてライトバルブ手段に照射されることになるので、こ
こからの反射光からなる投射像に対して輝度ムラの発生
を防止することが可能となる。
【００３３】ここで、前記照明光学系に備えられたリレ
ーレンズは、ライトバルブ手段の反射面とリレーレンズ
の光学面とが平行となるように配置されており、照明光
束がライトバルブ手段の反射面に対して直交して照射す
る構成となり、反射光は照明光の逆経路を進行するもの
となる。
【００３４】そして、光路分割手段を備えているので、
照明側光路と投射側光路とが分割されており、照明光束
は光分割手段を介してライトバルブ手段の前記反射面に
導かれる共に、ライトバルブ手段の反射面からの反射光
は、光分割手段を介して結像手段に導かれる。
【００３５】このように、本発明では光路分割手段を備
えたことにより、照明光学系の光路と投影光学系の光路
との光学系の光軸が、夫々ライトバルブ手段の反射面に
対して直交するような構成とされている。このため、ラ
イトバルブ手段の反射面に形成された画像情報等が、こ
の反射面に対向するスクリーン等に正対して投射される
ので、歪のない投影像が得られるものとなる。
【００３６】さらに、このような光路分割手段を備えて
ライトバルブの反射面に照明光を垂直入射させると共
に、反射光をも垂直方向に取り出す構成としているの
で、夫々の光路の空間的配置を簡略化することができる
利点があり、装置の設計時における各部材の配置構成が
容易になり、加えて製造時の調整等も容易になるので設
計並びに製造時の作業性が向上する。
【００３７】ここで、投射装置内の光路分割手段を、照
明光学系からの光束を反射させた後に、ライトバルブ手
段の反射面に対して直交するように照射させると共に、
反射面で反射された光束をそのまま透過して結像手段に
導いてスクリーンに投射する構成とすれば、投射方向
（スクリーン面に直交する方向）に対してライトバルブ
（反射面）を直交するように配設すればよい。
【００３８】逆に、光路分割手段を、照明光学系の光路
を変えずに前記ライトバルブ手段の反射面に対して直交
照射させると共に、ライトバルブ手段の反射面より反射
された光束を反射させた後、スクリーンに投射する構成
としても良い。
【００３９】そして、このように光路分割手段により光
路の分割並びに構成するためには、分割面を共通光路に
対して傾けて配設させてやれば良く、分割面は上記のよ
うに照明光を反射して反射光を透過するか、或いはその
逆に照明光を透過させて反射光を反射させる作用を奏す
るものであれば良い。
【００４０】尚、光路分割手段がいずれかの光路を直角
に折り曲げるものとすれば、投射装置の光学系の設計が
容易になると共に、製造時の組立作業時においても組み
立てや調整が容易であるため作業性が向上する。勿論、
この光路を反射させる（折り曲げる）角度は、特に限定
されるものでは無く、その投射装置の設計条件や構成等
に応じて任意な角度に設けることができるものである。
【００４１】請求項２に記載した発明では、フライアイ
レンズを構成するレンズエレメントを、それぞれ光路分
割手段の分割面上に焦点を結ぶように配設しているの
で、光分割面上に一旦集光した光束が、この分割面で反
射され或いは透過されてライトバルブ手段に導かれる。
【００４２】そして、本発明に係る投射装置では、更に
前記反射面と前記リレーレンズ間、並びに前記リレーレ
ンズと前記反射面間の光軸に沿う光学的距離が互いに前
記リレーレンズの焦点距離と等しくなるように構成され
ている。
【００４３】このように構成することで、フライアイレ
ンズを構成する各々のレンズエレメントから発せられ、
前記分割面上に夫々集光された光束が、ここから拡散光
となった後リレーレンズを介して夫々ライトバルブ上の
同一部分（全面）を均等に照射する。
【００４４】そして、ライトバルブ手段により正反射さ
れた後、それぞれ前記光路分割手段の分割面上に再度集
光し、この反射光の集光位置は、先の照明光の集光位置
に対して光軸を中心とした点対称な位置となる。
【００４５】このような本発明の作用を図７を用いて説
明する。この図において、フライアイレンズ（図示せ
ず）からの光束は、光路分割面７４により反射または透
過されてライトバルブ７６に導かれるが、フライアイレ
ンズの一つのレンズエレメントとからの照明光の集光位
置を集光点Ａとする。
【００４６】ここで、光路分割面Ａで照明光を反射させ
る場合には、少なくとも集光点Ａが反射作用を備えてい
れば良く、透過させる場合には透過作用を備えるものと
すれば良いが、夫々の場合に応じて、照明光学系の光源
やフライアイレンズ等の配置構成が異なる。
【００４７】何れの場合であっても、集光点Ａからの照
明光束は、発散光となってリレーレンズ７５に入射す
る。これは、各レンズエレメントの焦点位置が光路分割
面Ａと一致するためであり、点Ｂやその他の集光位置に
おいても同様である。また、この集光点からの発散光の
開き角度は、フライアイレンズの各レンズエレメントが
同一であれば同じ開き角を持つ。
【００４８】ここで、例えば光軸上のＯ点から発せられ
た光束ｒは、発散しながら進みリレーレンズ７５に入射
する。そして、リレーレンズ７５と光路分割面７４間の
光軸に沿う光学的距離がリレーレンズ７５の焦点距離と
等しくなるように構成されているため、リレーレンズ７
５に入射した発散光束ｒは、平行化されてライトバルブ
７６に照射される。
【００４９】一方、集光点Ａから発せられた発散光束α
も同じ開き角度で発散してリレーレンズ７５に入射し、
ここで屈折されて先の光束ｒと（ライトバルブ７６上
の）同じ部分を照射する。
【００５０】これは、各集光点からの発散角度が同じで
あることから、仮に光線ｒ1 と平行な光線α1 との光路
を考えると、これらの平行光線はリレーレンズ７６の焦
点面で同一部分（点Ｐ）に集光することとなる。
【００５１】本発明では、リレーレンズ７５とライトバ
ルブ７６間の光軸に沿う光学的距離がリレーレンズ７５
の焦点距離と等しくなるように構成されているため、こ
の条件を満足することとなる。
【００５２】これは、他の集光点からの発散光束につい
ても同様であり、仮に点Ｂが集光点であれば、光線ｒ1
と平行な光線β1 も同じ集光位置（点Ｐ）となることが
判るので、ここからの発散光束βもライトバルブ７６上
の同一部分を照射する。
【００５３】このように、フライアイレンズの各エレメ
ントにより光束断面内で分断された光束群が、各エレメ
ントから射出されて光路分割面上の夫々の集光点に集光
し、さらにこの集光点からの発散光束となってリレーレ
ンズ７５に入射した後、夫々がライトバルブ７６の同一
領域を照射する。
【００５４】従って、前記光路分割面７４（各集光点）
からの光束がリレーレンズ７５を介してライトバルブ７
６に照射した場合、夫々の集光点からの光束が全て同じ
部分を照射することとなるので、均一な強度の光束とし
てライトバルブ７６上に照射される。
【００５５】次に、ライトバルブ７６からの反射光が、
リレーレンズ７５を介して光路分割面７４の光路分割面
７４に到達する場合、この反射光束は収束光束となる
が、その収束位置は、光路分割面７４上の光源位置即ち
前記集光点と光軸を挟んだ点対称な位置となる。
【００５６】これを簡単に説明すると、ライトバルブ７
６で反射された光束は、ライトバルブの反射面に対し
て、入射角と同じ角度で射出されるので、ライトバルブ
の反射面の法線に対して入射光と対称な光路を通る。
【００５７】例えば、光線α1 は、リレーレンズ７５に
より屈折されて点Ｐに到達するが、ここで入射角と同じ
反射角で反射されて再度リレーレンズ７５に到達する。
この時、リレーレンズ７５への反射光線α1'の入射位置
は、先の光束α1 の入射位置と点Ｐでの法線を挟んだ対
象な位置（光線ｒ1 の光路が中心）となる。
【００５８】これは、逆に見ると反射光線α1'の光路を
逆に進む光線は点Ｐに集光する光線であることから、リ
レーレンズ７５に入射した反射光線α1'はここで屈折さ
れて光線α1 （光線ｒ1 ）と平行な光路を逆進する光線
となる。
【００５９】このため、この反射光線α1'は光線ｒ1 を
挟んで光線α1 と対象な位置の光路を進行するので、光
路分割面７４の反射面上に到達する際に、先の集光点Ａ
に対して、光軸との交点Ｏを中心に点対称な位置にある
Ｂ点に到達する。
【００６０】これは、集光点Ａからの他の光線α2 に関
しても同様であり、ライトバルブ７６上のＱ点に到達し
てここで反射された反射光線α2'は、やはり同じく対象
な位置にある点Ｂに到達する。
【００６１】従って、光路分割面７４上の各集光点から
発散しながらリレーレンズ７５を介してライトバルブ７
６を照射した光束は、夫々ここで反射された後、光路分
割面７４上の出発点である集光点に対して光軸との交点
を挟んだ点対称な位置に集光される。
【００６２】ここで、以上に説明した反射光の経路は、
ライトバルブ上で正反射した光の経路を説明するもので
あり、散乱反射光はこれ以外の経路を通ることとなる。
このため、正反射光を用いて結像させるためには、光路
分割面上での反射光の集光点でこれらの光束を選択すれ
ば良い。
【００６３】例えば、光路分割面上の反射光の集光点に
収束した光束のみを反射或いは透過させて取り出して、
結像手段に導く構成とすれば、正反射光を用いる投射装
置が構築できる。
【００６４】逆に、この正反射光のみを取り除いて、そ
の他の反射光（散乱反射光）を選択して取り出して結像
手段に導く構成とすれば、散乱反射光を用いた投射装置
が構築できることとなる。
【００６５】次に、請求項３に記載した発明では、前記
のフライアイレンズを構成する各レンズエレメントが、
光軸を中心に点対称な位置に配置されており、請求項４
に記載した発明では、逆に点対称な位置を除く位置に配
置されていることを特徴とする。
【００６６】これは、本発明に係る投射装置は、フライ
アイレンズの構成と光分割手段の構成を変えて組み合わ
せることにより、例えばライトバルブ手段からの正反射
光を用いるか散乱反射光を用いるかの選択等に基づいて
幅広い応用が可能な投射装置を提供するものだからであ
る。
【００６７】例えば、フライアイレンズを構成する各レ
ンズエレメントを光軸を中心に点対称な位置に配置した
フライアイレンズの場合、光路分割手段の分割面上での
各レンズエレメントからの集光位置は、分割面上で光軸
との交点を中心に点対称な位置にそれぞれが位置するこ
ととなる。
【００６８】このため、光路分割面上での各エレメント
から集光点（光源集光点）から発せられた光束が、ライ
トバルブ手段で正反射された後、再度光分割面に到達し
た場合の正反射収束点は、他の光源集光点と一致する。
【００６９】この場合、ライトバルブ手段からの正反射
光は光源光束の逆向きの経路を進行することとなるた
め、照明光学系に逆向きに導かれることとなるので、結
像手段に導くことは困難である。
【００７０】しかし、散乱反射光は、これらの集光点以
外に到達するため、光路分割面上で光源からの収束点以
外でこれらの反射光を選択して取り出す選択手段を設け
ておけば、散乱反射光のみを取り出して結像手段に導く
ことができるので、散乱反射光を用いた投射装置を構築
できることとなる。
【００７１】例えば、光源側からの光束の集光点を含む
微小領域にのみ全反射ミラーを設けた透明基板よりなる
光路分割手段と組み合わせることにより、光源からの光
束をライトバルブに導くと共に、ここでの反射光のうち
直接反射光は再度全反射ミラーで光源側に導かれる。
【００７２】一方、散乱反射光は光路分割手段の透明基
板部分（ミラー部以外）を透過するので、これを選択的
に取り出すことができる。そして、ここを透過した散乱
反射光を結像手段に導くことで、スクリーンに散乱反射
光を利用した投影像を投射するものとなる。
【００７３】逆に、光束の集光点を含む領域に微小な穴
を設けた全反射面からなる光路分割手段と組み合わせる
ことにより、光源からの光束とライトバルブより反射さ
れた直接反射光を透過させ、ライトバルブより反射され
た散乱反射光を反射させて選択的に取り出す構成とする
ことも可能である。
【００７４】また、フライアイレンズを構成する各レン
ズエレメントを、光軸を中心に点対称な位置を除く位置
に配置した場合、各レンズエレメントからの照明光束の
集光点と反射光の収束点とは一致しないものとなる。
【００７５】このため、光路分割手段において、反射光
収束点で直接反射光を分割する手段を設ければ、ここで
分割された直接反射光か散乱反射光の何れかを選択的に
結像手段に導く構成とすることで、直接反射光或いは散
乱反射光を用いた投射装置の何れかが構築できるものと
なっている。
【００７６】一例を示すと、直接反射光の収束位置にの
み透過部を備えた全反射ミラーを光路分割手段に用いれ
ば、照明光束はこの全反射ミラーで反射（照明光の収束
点も全反射ミラーの一部である）されてライトバルブ手
段に導かれる。
【００７７】そして、ライトバルブ手段での反射光が再
度光路分割手段に到達すると、散乱反射光は再度全反射
ミラーで反射されて光源側に導かれるが、直接反射光は
透過部を透過して選択される。この透過した直接反射光
を結像手段に導くことで、直接反射光を利用する投射装
置が構築できる。
【００７８】また、照明光集光位置及び反射光収束位置
の双方に透過部を持つ全反射ミラーを光路分割手段に用
いれば、光源光束並びに直接反射光は何れも光路分割手
段を透過するが、散乱反射光のみが反射されて分割でき
るので、ここでの散乱反射光を選択して結像手段に導く
構成とすれば、散乱反射光を利用する投射装置が構築で
きることとなる。
【００７９】これらの光路分割手段の構成は、請求項６
に記載された発明に係るものであるが、請求項５に記載
した発明では、上記とは逆に照明光集光点にのみ反射部
を備えた透過板、例えばガラス板上の所定位置にのみ反
射ミラー部を設けたもの等を光路分割手段に応用するこ
とも可能である。
【００８０】以上説明した本願発明の光分割手段は、照
明光学系と結像手段との光路を分割合成する機能を基本
とするものであるが、上記のように、直接反射光と散乱
反射光とを選択的に分割する機能を備えていることが望
ましく、これらの機能を備えているものであれば、本願
に示す構成に限定されるものではない。
【００８１】更に、請求項７に記載した発明に係る投射
装置は、二次元画像表示のために光を空間変調する反射
型ライトバルブ手段と、光源からの照明光束を前記ライ
トバルブ手段の反射面に照射する照明光学系と、前記ラ
イトバルブ手段の前記反射面で空間変調された反射光を
スクリーンに結像させる結像手段とを備えた投射装置の
照明光学系の光路中に、フライアイレンズと、該フライ
アイレンズからの光束を前記ライトバルブ手段の前記反
射面に導くリレーレンズとを備えているので、光源から
の照明光束に強度分布や強度ムラ等が生じていても、ラ
イトバルブ手段には照明領域内で強度が均一化された光
束を照射することができる。
【００８２】このときの前記照明光学系内に備えられた
該リレーレンズは、前記ライトバルブ手段の前記反射面
と前記リレーレンズの光学面とが平行になるように配置
されており、これにより、照明光束がライトバルブ手段
の前記反射面に対して直交していない場合でも、前記リ
レーレンズにより照明領域の全面において均一な強度の
照明光となる。
【００８３】例えば、請求項８に記載した発明に係る投
射装置は、図９に示すような従来の所謂斜め入射（反
射）方式の投射装置に、照明光束の強度均一化手段を組
み込んだものであり、どのような角度から光源光束が入
射しても、均一な照度を持った光束をライトバルブ手段
に照射することができることになるので、輝度ムラの発
生を防止することが可能となる。
【００８４】次に、請求項９に係る発明では、本発明に
係る投射装置のように、昭明光を照射すると共に反射光
を検出する際に光路分割手段を用いて、これらの光路の
分割並びに合成を行う光学装置に利用できる光路分割合
成光学系を提供する。
【００８５】即ち、本発明では、対象物に対して光源か
らの光束を照射する照明光学系と、対象物からの反射光
を検出する検出手段と、前記光源からの光束を前記対象
物に導くと共に、前記対象物からの反射光を前記検出手
段に導くように前記照明光と前記反射光との各光路を分
割する光路分割手段を備えた光学系であれば、上記で説
明した投射装置以外の光学装置にも応用できるものであ
る。
【００８６】本発明に係る光学系の照明光学系は、光源
からの光束の光路中に、フライアイレンズと、該フライ
アイレンズからの光束を前記対象物に導くリレーレンズ
とを備え、前記フライアイレンズを構成するレンズエレ
メントが、それぞれ前記光路分割手段の分割面上に焦点
を結ぶように配設され、前記分割面と前記リレーレンズ
間、並びに前記リレーレンズと前記対象物間の光軸に沿
う光学的距離が互いに前記リレーレンズの焦点距離と等
しくなるように構成され、前記光分割手段は、前記分割
面上の前記フライアイレンズを構成するレンズエレメン
トの焦点位置に対応する部分でのみ光束を反射或いは透
過する光選択部を備えており、前記反射光を前記光選択
部以外の部分で透過或いは反射させることにより検出手
段に導くものである。
【００８７】この光学系の具体的な光路分割並びに合成
の作用は、上記で説明した投射装置におけるものと同様
である。そして、この光学系によれば、反射光全体を分
離して検出することができるものであり、さらに直接反
射光であっても散乱反射光であってもいずれかを選択的
に取り出して検出することも可能な分割機能を備えてい
る。
【００８８】したがって、検出系では前述したように反
射光を結像させて検出するものの他に、直接反射光と散
乱反射光とを個別に注出して検出するものにも応用でき
る光学系となっている。
【００８９】
【実施例】以下、実施例を通じて本発明を更に詳しく説
明する。図１に本発明の第一実施例に係る投射装置の概
略構成を示す。この図に示す実施例では、照明光学系と
結像手段とが、光路分割面４により夫々の光路の分割並
びに合成がなされると共に、ライトバルブ６からの反射
光のうち散乱反射光のみを結像光学系に導いて、スクリ
ーン８上に結像させる構成となっている。
【００９０】先ず、光源１からの光束は、コンデンサー
レンズ２により平行化されてフライアイレンズ３に入射
し、光路分割面４及びリレーレンズ５を介してライトバ
ルブ６を照射する。そして、ライトバルブ６からの散乱
反射光は、リレーレンズ５を介して光路分割面４で反射
されて投影レンズ７に入射し、スクリーン８上に結像す
る。
【００９１】ここで、本実施例のフライアイレンズ３
は、図２に示すように、フライアイレンズ３を構成する
それぞれのレンズエレメント３ａ〜ｉが、光軸を中心に
点対称な位置に設けられている。即ち、光軸Ｏを中心に
するエレメント３ｅに加え、３ａと３ｉ、３ｂと３ｈの
ように夫々点対称な位置に他のレンズエレメントが配置
される構成となっている。
【００９２】そして、光路分割面４の傾きに対応して、
この分割面上に各レンズエレメント３ａ〜ｉの焦点位置
が一致するように、フライアイレンズ３を構成するそれ
ぞれのレンズエレメント３ａ〜ｉは、図１に示すように
階段状にずらした状態で配設されている。
【００９３】光路分割面４は、照明光束の光軸（ライト
バルブ６の反射面の法線）に対して４５°傾いた全反射
面（ライトバルブ側の面）からなるものであり、さらに
部分的透過部である微小な透孔１５を備えている。
【００９４】この透孔１５は、上記のレンズエレメント
３ａ〜ｉの焦点位置に対応して設けられており、各レン
ズエレメント３ａ〜ｉからの集束光が透過できる程度の
大きさがあれば良い。尚、各レンズエレメント３ａ〜ｉ
に対応して設けられているため、光路分割面４上の透孔
１５も、光軸との交点Ｏを中心に点対称な位置に夫々配
設されている。
【００９５】また、リレーレンズ５は、その光軸がライ
トバルブ６の反射面の法線と一致する（反射面と直交す
る）様に配設され、さらに光路分割面４とライトバルブ
６との相互の間の光学的距離が、互いにリレーレンズ５
の焦点距離ｆと等しくなるように配設されている。
【００９６】ここで、リレーレンズの焦点距離は、ライ
トバルブと光路分割手段の配置構成並びに装置全体の設
計条件に基づいて適当なものを選択するか、或いは予め
選択したリレーレンズの焦点距離に基づいてこれらの部
材の配置構成を決定すれば良い。
【００９７】投影レンズ７は、ライトバルブ６の反射面
とスクリーン８とが共役となるように構成されており、
スクリーン８上にライトバルブ６で空間変調された反射
光を結像させる。スクリーン８の位置が変化する場合に
は、不図示の調整手段により投影レンズ７の位置を変化
させて、ピント調整を行えば良い。
【００９８】本実施例に係る投射装置は上記のような構
成を備えているので、光源１から発せられた光束は、コ
ンデンサーレンズ２により略平行化された後、フライア
イレンズ３の各レンズエレメント３ａ〜ｉの焦点位置に
集光するようにここに進行するが、夫々の集光点に対応
した位置には、光路分割面４上の透孔１５が設けられて
いるため、光路分割面４を透過する。
【００９９】光路分割面４上の透孔１５から射出される
個々の照明光束は、発散光束となってリレーレンズに入
射すると共にここで屈折されて、夫々の照明光束がライ
トバルブ６の同一領域を照射する。これらの個々の照明
光は、光源光束を光束断面内で分割した光束であること
から、個々の分割部分において強度分布やムラ等が生じ
ていても、ライトバルブ６上では平均化されているの
で、強度が均一化された照明光束となっている。
【０１００】この照明光束によりライトバルブ６を照射
すると、ライトバルブ６上の画像情報表示の有無に基づ
いて、部分的に空間変調された反射光が得られる。即
ち、画像情報が表示されない部分では正反射（直接反
射）光が生ずるが、画像情報表示部分では散乱反射光が
生じることとなる。そして、これらを選択的に分割して
結像させると、ライトバルブ６に表示した画像情報が投
射されることとなる。
【０１０１】本実施例では、図２に示すように、フライ
アイレンズ３のレンズエレメントが点対称な位置に夫々
配設されていることから、光路分割面４上の透孔１５も
夫々対称な位置に配設されている。前述したように、ラ
イトバルブ６上で直接反射された反射光束は、光路分割
面の照明光透過時の集束点と点対称な位置に収束するこ
とから、反射光の収束位置に配置された透孔に導かれ
る。一方、ライトバルブ６上で散乱反射された散乱反射
光は、これらの透孔以外の部分に導かれる。
【０１０２】従って、光路分割面４に入射した反射光の
うち、直接反射光は透孔１５を透過して光源側に導か
れ、散乱反射光は光路分割面４の透孔以外の鏡面部によ
り全反射されて投影レンズ７に入射し、ライトバルブ６
と互いに共役な関係にあるスクリーン８上に結像され
る。
【０１０３】このように本実施例に係る投射装置では、
ライトバルブ６の反射面と照明光学系の光軸が直交する
ため、照明光が垂直に入射すると共に、強度が均一化さ
れた照明光束が照射されるので、反射光の輝度分布や輝
度ムラ等が生じないものとなる。さらに、ライトバルブ
６とスクリーン８とが互いに正対して対向する関係に維
持されるので、投影像に歪みが生じないものとなってい
る。
【０１０４】一方、光分割手段が、直接反射光を微小な
透孔で確実に分離すると共に、散乱反射光を微小な透孔
部分を除いた全反射面で反射して結像手段に送るので、
散乱反射光を有効に利用して投影像が形成できるため、
投射した像の明るさや鮮明度が高いものとなる。
【０１０５】次に、図３に本発明の第二の実施例に係る
投射装置の概略構成を示す。この図に示す実施例では、
照明光学系からの光束を光路分割面で反射させて光路を
折り曲げており、ここで反射した光束をライトバルブ手
段に照射させると共に、反射光を光路分割面を透過させ
て結像手段に導く構成のものを示している。
【０１０６】この図３に示す第二実施例においては、光
源１、コンデンサーレンズ３２、フライアイレンズ３
３、リレーレンズ３５、並びに投影レンズ３７は、第１
実施例とほぼ同様のものを使用しているが、光路分割面
３４は第１実施例と構成が異なる。
【０１０７】第二実施例におけるフライアイレンズ３３
は、第１の実施例に示したものと同様の構成のものを使
用しており、光路分割面３４が照明光束の光軸（ライト
バルブ３６の反射面の法線）に対して４５°傾いた透過
面からなるものであるため、各レンズエレメントの焦点
位置が光路分割面３４に一致するように、これに合わせ
て階段状にずれたレンズエレメントを有している。
【０１０８】リレーレンズ３５は、ライトバルブ３６と
光路分割面３４との相互の光学的距離が夫々リレーレン
ズ３５の焦点距離ｆとなるように配設されている点は第
１実施例と同様である。
【０１０９】第二実施例における光路分割面３４は、例
えば、ガラス板からなる透過板に部分的に金属蒸着によ
る反射ミラー部を備えており、フライアイレンズ３３の
各レンズエレメントの焦点位置に対応した位置に反射部
１６が設けられている。
【０１１０】このため、光源１から発せられた照明光束
は、フライアイレンズ３３の各エレメントに分割されて
射出された後、光路分割面３４の夫々の反射部１６に集
光し、ここで反射されて発散光となってリレーレンズ３
５を介してライトバルブ３５の同一領域を個々に照射す
る。
【０１１１】さらに、ライトバルブ３５からの反射光は
リレーレンズ３５を介して光路分割面３４に到達する
が、この第二実施例においても第１実施例と同様に、レ
ンズエレメントが点対称な配置のものを使用しているこ
とから、ライトバルブ３６上で散乱せずに直接反射され
た正反射光は、光路分割面３４の反射部１６へ収束する
ように到達する。
【０１１２】このため、この光路分割面３４の傾きに従
って、直接反射光は反射部１６で反射されて光源側に導
かれるが、散乱反射光は反射部１６以外の部分を透過し
て投影レンズ３７に達し、スクリーン３８に結像する。
【０１１３】このように、本実施例では光路分割手段と
して透明な透過部上に設けた部分的な反射部を利用し
て、照明光学系と投射光学系とを合成並びに分割するも
のとなっている。尚、投影レンズ３７による投射像のピ
ント調整等は第１の実施例と同様に行うか、他の結像光
学系の部材により行える構成とすることは言うまでもな
い。
【０１１４】以上のように、第二実施例によっても、光
源３１から発せられた光束は、フライアイレンズ３３を
介して、夫々のレンズエレメントごとを透過した光束が
ライトバルブ状の同一領域を照射するので、照射領域全
域に亘って照明強度が均一化されたものとなる。
【０１１５】さらに、上述した第一実施例同様にライト
バルブの画像情報表示面（反射面）とスクリーンとは、
互いに共役であり、正対して対向する構成となっている
ため投射像に歪が生じない利点がある。
【０１１６】以上説明した第一及び第二の実施例は、ラ
イトバルブにより空間変調されて反射された反射光のう
ち、散乱反射された光束をスクリーン上に結像する構成
のものを示したが、本発明を応用することで、ライトバ
ルブにより直接反射された光束をスクリーン上に結像さ
せる構成のものを構築することも可能である。以下にそ
の実施例を示す。
【０１１７】本発明の第三の実施例に係る投射装置は、
基本的な部材の配置構成は前述した第１の実施例におけ
る部材の配置構成と同様のものであるが、フライアイレ
ンズ及び光路分割面を以下に述べるような構成としたも
のである。
【０１１８】第三実施例に用いるフライアイレンズ４３
は、図４Ａに示したように、フライアイレンズ４３を構
成するそれぞれのレンズエレメント４３ａ、４３ｂ、４
３ｃが、光軸Ｏ43を中心とする点対称な位置を除く位置
に夫々が位置するように設けられたものである。
【０１１９】また、光路分割面４４は、第一実施例とは
異なり透過面上に部分的な反射部を形成したものであ
る。この光路分割面４４も照明光束の光軸に対して４５
°傾いた状態で配設されるが、それぞれのレンズエレメ
ントの焦点領域４４ａ〜ｃには反射部は設けられておら
ず、この焦点領域４４ａ〜ｃに対して光軸位置Ｏ44を中
心とする点対称な位置に、部分的反射部である微小な鏡
面空なる反射部４４Ｘ、４４Ｙ、４４Ｚを夫々備えてい
る。
【０１２０】従って、フライアイレンズ４３により光路
分割面４４上に集光された光束は、そのまま透過されて
発散しながらリレーレンズに入射し、第一実施例同様
に、ライトバルブの同一の照射領域を個々に照射する。
【０１２１】また、ライトバルブによって反射された光
束のうち、散乱（反射）された光束は、光路分割面４４
の反射部４４Ｘ〜４４Ｚを除いた透過領域を通過して光
源側に導かれる。一方、ライトバルブで正反射された直
接反射光束は、フライアイレンズ４３により光路分割面
４４上に集光した位置４４ａ〜４４ｃに対して光軸位置
Ｏ44を中心に点対称な光路分割面４４上の位置に再び収
束する。
【０１２２】この直接反射光の収束状態は、第１実施例
と同様であるが、第三実施例ではこの直接反射光の収束
位置に反射部４４Ｘ〜４４Ｚが設けられているため、こ
の光路分割面４４に設けられた微小な反射部（鏡面）４
４Ｘ、４４Ｙ、４４Ｚにより全反射されて投影レンズに
導かれる。
【０１２３】そして、投影レンズは第１実施例同様にラ
イトバルブの画像情報表示面（反射面）とスクリーンと
を共役な関係に維持するように構成されているため、投
影レンズに入射した直接反射光は、投影レンズによりス
クリーン上投射が像を結像する。
【０１２４】このような直接反射光を第二実施例の配置
構成に応用する場合には、図５に示す本発明の第四の実
施例に用いる光路分割面５４を用いれば良い。この第四
実施例に係る光路分割面５４を用いる場合は、前述した
第三実施例と同様の構成のフライアイレンズ用いるが、
光路分割面５４を以下に述べるような構成としたもので
ある。
【０１２５】第四実施例に用いる光路分割面５４は、全
反射ミラーを基本部材とするものであるが、部分的な透
過部（透過孔）が設けられている。この透過部の配置
は、前述に緒第三実施例の反射部に対応する位置であ
り、点対称でないレンズエレメントを持つフライアイレ
ンズの夫々のレンズエレメントの集光位置５４ａ〜ｃは
他の部分同様の反射部で構成するが、この集光位置５４
ａ〜ｃと光軸位置Ｏ54に対して点対称となる位置に、部
分的透過部である微小な透孔５４Ｘ、５４Ｙ、５４Ｚを
夫々の集光位置に対応させて設けている。
【０１２６】従って、フライアイレンズにより光路分割
面５４上に集光された光束は、ここで反射されて発散し
ながらリレーレンズに入射すると共に、リレーレンズか
らライトバルブの同一の照射領域に対して夫々のレンズ
エレメントから射出された照射光が導かれる。
【０１２７】そして、ライトバルブによって反射された
光束のうち、画像情報表示部分で散乱された散乱反射光
束は、光路分割面５４の透孔以外の部分で全反射されて
光源側に導かれる。
【０１２８】また、ライトバルブ状で正反射された直接
反射光束は、フライアイレンズにより光路分割面５４上
に集光した位置と光軸を中心に点対称な位置に再び収束
する。この直接反射光は、光路分割面５４に設けられた
微小な透孔５４Ｘ、５４Ｙ、５４Ｚに夫々導かれること
となるので、ここを通過して投影レンズに入射し、投影
レンズによりライトバルブと共役面の関係にあるスクリ
ーン上に結像される。
【０１２９】また、図Ａに示した点対称な配置ではない
フライアイレンズを用いても、散乱反射光を結像させる
ことが可能である。一例を示すと、図５Ｂに示すよう
に、光路分割面のフライアイレンズの各レンズエレメン
トの焦点領域５４ａ〜ｃにも透過部を設け、さらにこれ
と光軸位置０54と点対称な位置にも透過部５４Ｘ〜Ｚを
設けたものを、図１に示す実施例と同様な部材配置構成
のものに組み込んだものが挙げられる。
【０１３０】このように構成すれば、ライトバルブから
の直接反射光は、光路分割面の透過部５４Ｘ〜Ｚを透過
して光源側に導かれるが、これらの透過部以外の領域で
反射されて結像手段に分離されて導かれる構成とするこ
とができる。
【０１３１】尚、例えば図４Ｂに示す光路分割部材のレ
ンズエレメントの集光位置４４ａ〜ｃに反射部を設けた
ものを、図３に示す部材構成の投射装置に上記同様のフ
ライアイレンズと共に組み込めば、同様に散乱反射光の
みを選択分離して結像させる構成の投射装置を構築する
ことができる。
【０１３２】このように、本発明実施例によれば、フラ
イアイレンズの各レンズエレメントを光軸に対して点対
称とするか、或いは点対称とならないようにするかによ
って、さらに、これと光路分割面の透過部と反射部との
配置構成を組み合わせることによって、ライトバルブか
らの直接反射光を利用するか或いは散乱反射光を利用す
るかは任意に決定できるものとなる。
【０１３３】尚、本発明の実施例に示した照明光学系と
光路分割手段とを組み合わせた光路合成分割光学系は、
対象物に照明光を照射して、そこからの反射光を検出す
る光学系であれば、本実施例に示した投射装置以外の光
学系にも応用できるものである。
【０１３４】次に、図６に本発明の他の実施例に係る投
射装置における照明光学系の一実施例を示す。この実施
例は、従来の所謂斜め入射（反射）方式のシュリーレン
光学系にフライアイレンズを用いて照明光の強度の均一
化を図ったものである。
【０１３５】図６において、コンデンサーレンズ６２と
ライトバルブ６６との間に、フライアイレンズ６３と、
フライアイレンズ６３からの光束をライトバルブ６６に
導くリレーレンズ６５とが設けられている。
【０１３６】さらに、リレーレンズ６５は、ライトバル
ブ６６の反射面とリレーレンズ６５の光学面とが平行と
なるように配置されている。これは、通常のフライアイ
レンズを照明光学系の光路中に設けただけでは、斜め入
射の影響から、各レンズエレメントと照射領域の個別領
域までの光学的距離の相違が生ずるため、全面で均一な
強度の照明光を得ることが難しいためである。
【０１３７】これを解決するために、リレーレンズ６５
の中心面をライトバルブ面と平行に配置すること、言い
換えればリレーレンズの光軸とライトバルブの反射面の
法線とを平行に配置させることにより、各レンズエレメ
ントから射出された光束が照射領域の全面に亘り夫々均
等に照射されるものとすることができる。
【０１３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ラ
イトバルブ手段等の対象物に均一な強度分布を持つ照明
光を照射できる利点がある。さらに、この均一な照明光
により、反射光の輝度も均一となるので、この反射光を
検出する際に照明領域の全面に亘り均一な輝度を持つ検
出光束が得られるものとなる。
【０１３９】特に、本発明をシュリーレン光学系を用い
た散乱型投射装置に応用すれば、検出系となる結像手段
に均一な輝度を持つ画像形成光が得られるので、投射画
像の輝度が均一化された鮮明な投射像が得られるものと
なる。
【０１４０】さらに、本発明によれば、ライトバルブ手
段等の対象物に照明光を照射する際に所謂垂直入射が可
能であるため、ここからの反射検出光も垂直方向から検
出できるので、検出反射光から得られる像の歪みが発生
せず、良好な投射像が得られる利点がある。
【０１４１】また、単純なハーフミラー等を用いて光路
の分割及び合成を行うものにあっては、光量損失が大き
な問題となっていたが、本発明によれば、集光位置にお
ける部分的（微小）な反射或いは透過手段を利用してい
るため、照明光の光量がほぼ１００％有効利用できるた
め、照明強度が強いものとなる。
【０１４２】加えて、結像のための反射光も、直接反射
光化散乱反射光化の何れかが明確に選択分離できると共
に、先の微小な透過領域もしくは反射領域の影響以外に
反射光の強度が損失しないものとなるので、投射光量も
十分なものが確保できるものとなる。このため、従来と
同様な投射光量を確保するために従来より光量の少ない
光源を利用することができる利点もある。
【０１４３】また、本発明の光路合成分割手段とフライ
アイレンズとの組み合わせにより、照明光学系と結像手
段との光路の配置構成が部分的に重複させることができ
るので、装置の小型化を図れる利点もある。
【０１４４】さらに、これらの配置構成がライトバルブ
に対して垂直入射及び反射光を基準とすることができる
ので、装置の設計が容易になると共に、従来のように斜
め入射（反射）の角度調整等に比較して、製造時の組立
や調整作業等も容易に行えるものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例に係る投射装置の概略構成
を示す説明図である。
【図２】本発明の第一実施例に用いるフライアイレンズ
の概略正面図である。
【図３】本発明の第二実施例に係る投射装置の概略構成
を示す説明図である。
【図４】本発明の第三実施例に係る投射装置に用いるフ
ライアイレンズの概略正面図（Ａ）と、光路分割面の概
略構成を示す説明図（Ｂ）である。
【図５】本発明の第四実施例に係る投射装置に用いる光
路分割面の概略構成を示す説明図（Ａ）と、同じく第５
実施例の光路分割面の概略構成を示す説明図（Ｂ）であ
る。
【図６】本願発明の他の実施例に係る投射装置における
照明光学系の一例を示す説明図である。
【図７】本発明の投射装置における分割面上での集光点
からの光束の照射状況と、ライトバルブ手段では直接反
射光の集束状況を示す説明図である。
【図８】従来のフライアイレンズを使用した照明光学系
を示す説明図である。
【図９】従来のシュリーレン光学系を使用した投射装置
を示す説明図である。
【符号の説明】
１、３１、６１、８１、９１ 光源 ２、３２、６２、８２、９２ コンデンサー
レンズ ３、３３、４３、６３、８３ フライアイレ
ンズ ３ａ〜３ｉ フライアイレンズを構成
するレンズエレメント ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ フライアイレンズを構成
するレンズエレメント ４、３４、４４、５４、６４、７４ 光路分割面 ５、３５、７５、６５、７５、８５ リレーレンズ ６、３６、８６、６６、７６、９６ ライトバルブ ７、３７、６７、８７、９７ 投影レンズ ８、３８、６８、８８、９８ スクリーン ８９ 照射面 ６１０、９１０ 結像レンズ ６１１、９１１ 光吸収部材 Ｏ 光軸と光路分割面
との交点 Ａ、Ｂ 集光点 ５４ａ〜５４ｃ、４４ａ〜４４ｃ フライアイレンズの
夫々のレンズエレメントの集光位置 １５、５４Ｘ〜５４Ｚ 微小な透孔 １６、４４Ｘ〜４４Ｚ 微小な鏡面 ｆ リレーレンズの焦点距離 ｒ Ｏ点から発せられた発散
光束 ｒ1 Ｏ点から発せられた光線
の一つ α Ａ点から発せられた発散
光束 α1 Ａ点から発せられ、光線
ｒ1 と平行な光線 β Ｂ点から発せられた発散
光束 β1 Ｂ点から発せられ、光線
ｒ1 と平行な光線

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 二次元画像表示のために光を空間変調す
    る反射型ライトバルブ手段と、光源からの照明光束を前
    記ライトバルブ手段の反射面に照射する照明光学系と、
    前記ライトバルブ手段の前記反射面で空間変調された反
    射光をスクリーンに結像させる結像手段とを備えた投射
    装置において、 前記照明光学系は、光源からの光束の光路中に、フライ
    アイレンズと、該フライアイレンズからの光束を前記ラ
    イトバルブ手段の前記反射面に導くリレーレンズとを備
    え、 該リレーレンズは、前記ライトバルブ手段の前記反射面
    と前記リレーレンズの光学面とが平行となるように配置
    され、 前記光源からの光束を前記ライトバルブ手段の前記反射
    面に導くと共に、前記反射面からの反射光を前記結像手
    段に導くように前記照明光束と前記反射光との各光路を
    分割する光路分割手段を更に備えたことを特徴とする投
    射装置。
  2. 【請求項２】 前記フライアイレンズを構成するレンズ
    エレメントが、それぞれ前記光路分割手段の分割面上に
    焦点を結ぶように配設され、 前記反射面と前記リレーレンズ間、並びに前記リレーレ
    ンズと前記反射面間の光軸に沿う光学的距離が互いに前
    記リレーレンズの焦点距離と等しくなるように構成され
    ていることを特徴とする請求項１に記載の投射装置。
  3. 【請求項３】 前記フライアイレンズを構成する各レン
    ズエレメントが各々光軸を中心に点対称な位置に配置さ
    れていることを特徴とする請求項２に記載の投射装置。
  4. 【請求項４】 前記フライアイレンズを構成する各レン
    ズエレメントが各々光軸を中心に点対称な位置を除く位
    置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の
    投射装置。
  5. 【請求項５】 前記光路分割手段は、前記フライアイレ
    ンズの各レンズエレメントの焦点位置に対応する部分に
    のみ光反射部を備え、他の部分では前記反射面からの反
    射光を透過する構成であることを特徴とする請求項１〜
    ４のいずれかに記載の投射装置。
  6. 【請求項６】 前記光路分割手段は、前記フライアイレ
    ンズの各レンズエレメントの焦点位置に対応する部分に
    のみ光透過部を備え、他の部分では前記反射面からの反
    射光を反射する構成であることを特徴とする請求項１〜
    ４のいずれかに記載の投射装置。
  7. 【請求項７】 二次元画像表示のために光を空間変調す
    る反射型ライトバルブ手段と、光源からの照明光束を前
    記ライトバルブ手段の反射面に照射する照明光学系と、
    前記ライトバルブ手段の前記反射面で空間変調された反
    射光をスクリーンに結像させる結像手段とを備えた投射
    装置において、 前記照明光学系は、光源からの光束の光路中に、フライ
    アイレンズと、該フライアイレンズからの光束を前記ラ
    イトバルブ手段の前記反射面に導くリレーレンズとを備
    え、 該リレーレンズは、前記ライトバルブ手段の前記反射面
    と前記リレーレンズの光学面とが平行となるように配置
    されていることを特徴とする投射装置。
  8. 【請求項８】 前記照明光束は、前記リレーレンズの光
    軸に対して斜めに入射するように配置されていることを
    特徴とする請求項７に記載の投射装置。
  9. 【請求項９】 対象物に対して光源からの光束を照射す
    る照明光学系と、対象物からの反射光を検出する検出手
    段と、前記光源からの光束を前記対象物に導くと共に、
    前記対象物からの反射光を前記検出手段に導くように前
    記照明光と前記反射光との各光路を分割する光路分割手
    段を備えた光学系において、 前記照明光学系は、光源からの光束の光路中に、フライ
    アイレンズと、該フライアイレンズからの光束を前記対
    象物に導くリレーレンズとを備え、 前記フライアイレンズを構成するレンズエレメントが、
    それぞれ前記光路分割手段の分割面上に焦点を結ぶよう
    に配設され、 前記分割面と前記リレーレンズ間、並びに前記リレーレ
    ンズと前記対象物間の光軸に沿う光学的距離が互いに前
    記リレーレンズの焦点距離と等しくなるように構成さ
    れ、 前記光分割手段は、前記分割面上の前記フライアイレン
    ズを構成するレンズエレメントの焦点位置に対応する部
    分でのみ光束を反射或いは透過する光選択部を備えてお
    り、 前記反射光を前記光選択部以外の部分で透過或いは反射
    させることにより検出手段に導くことを特徴とする光路
    分割手段を備えた光学系。
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