JPH11506224A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 照明装置(3)とピッチＰp を有するｎ個の画素(21)のマトリクスが設けられた画像表示パネル(13)とを具える画素表示装置(1)である。この装置(1)は更に画素表示パネル(13)により変調された光を投影して画像を形成する投影レンズ系(19)を具える。画像表示パネル(13)の照明側にピッチＰm を有するｍ個のマイクロレンズ(17)を具えるマイクロレンズアレイ(15)が設けられる。照明装置(3)は、ピッチＰl を有するアレイに配置されたＮ個の照明素子(11)を具える。これらの照明素子は同時に光を発生する。更に、Ｎ＜＜m 及びＰl ＞＞Ｐm ，Ｐp である。

Description

【発明の詳細な説明】 画像表示装置 本発明は、照明装置、ピッチＰp を有するｎ個の画素のマトリクスが設けられ た画像表示パネルと、投影レンズ系とを具え、画像表示パネルの照明装置側にピ ッチＰm を有するｍ個のマイクロレンズを具えるマイクロレンズアレイが設けら れている画像表示装置に関するものである。 頭書に記載されたタイプの画像表示装置は、例えば欧州特許出願ＥＰ０４４４ ８７１から既知である。この欧州特許出願に記載された画像表示装置は光ビーム を発生する照明装置を具えている。この光ビームは次に液晶画像表示パネルによ り表示すべき画像情報に従って変調される。画像表示パネルは液晶層で構成され 、２次元アレイに配置された画素を具えている。液晶層を挟む２つの光学的に透 明な板に電極が設けられ、これらの電極により画素に画像情報が供給される。画 像表示パネルから到来する変調された光ビームが次に投影レンズ系により投影さ れ、画像を形成する。画素は、実際にスイッチする能動部分と、受動部分とから なる。画素の能動部分と受動部分との比により画像表示パネルの幾何学開口が決 まる。 現在のＬＣＤ投影装置では、コスト低減のために小型化がめざされている。し かし、画像表示パネルのサイズを解像度を維持しながら小さくすると、画像表示 パネルの幾何学開口が減少する。この開口減少のために、液晶画像表示パネルを 有する画像表示装置では光損失がかなり大きくなるため、装置の光出力が減少す る。この理由のために、前記欧州特許出願に記載されているように、画像表示パ ネルの照明側にマイクロレンズアレイを配置する。マイクロレンズアレイのマイ クロレンズは画像表示パネルの各画素に対応し、マイクロレンズに入射する光の 最大量を対応する画素の能動部分に集中させる。 前記欧州特許出願に記載された画像表示装置の欠点は、装置のスループットが 画像表示パネルの照明側の基板の厚さ及び画素の能動部分の寸法により制限され る点にある。ここで、スループットとは光学系の放射エネルギー輸送能力を意味 する。この能力は光学系内の同一位置における幾何学開口とひとみの組合せによ り決まり、開口の面積とひとみが開口の中心において張る空間角との積として表 すことができる。 上述の画像表示装置において最大のスループットを実現可能にするために、マ イクロレンズを経て対応する画素に入射するサブビームの径を画像表示パネルの 区域においてこの画素の能動部分の寸法にできるだけ一致させる必要があるとと もに、画素に入射するビームの発散をその電気光学効果により許される発散より 大きくしてはならない。画像表示パネルの区域におけるビーム径はマイクロレン ズに入射するビームの発散及び画像表示パネルの照明側の基板の厚さに依存する 。マイクロレンズに入射するビームの発散はランプ表面とパネル表面との比によ り決まる。しかし、上述したパラメータは一般に装置の組み立て中に固定される ため、これらのパラメータは必ず調整することができるわけではない。１画素当 たりのビーム径が画像表示パネルの区域において大きすぎる場合には、光ビーム の少なくとも一部分が画素の受動部分に入射し、損失になる。これは画像表示パ ネルの熱負荷を増大する他の欠点も生ずる。受動部分に入射した光はパネルを加 熱する。これは、強力な光源を有する画像表示装置において特に問題になる。 以上から、マイクロレンズに入射するビームに対する所望の発散の実現は、特 に小型の画像表示パネルにおいて問題を生ずることになる。更に、同一の問題が 比較的小さい画素を有する画像表示パネルにおいて発生する。画素が小さくなれ ばなるほど、画素の幾何学開口が減少し、画像表示パネルに入射する光の発散が 増大する。 本発明の目的は、画像表示パネルの前に単一のマイクロレンズアレイを具えた 既知の画像表示装置と比較して著しく大きく且つマイクロレンズに入射するビー ムに対する許容発散により制限されないスループットを有する、画像表示パネル の前にマイクロレンズアレイが配置された画像表示装置を提供することにある。 この目的のために、本発明の画像表示装置においては、照明装置が、ピッチＰ l を有するアレイに配置され且つ同時に光を発生するＮ個の照明素子を具え、Ｎ ＜＜m 及びＰl ＞＞Ｐm ，Ｐp であることを特徴とする。 このようにすると、各画素がＮ個のマイクロレンズを経て照明され、且つ１つ のマイクロレンズから到来する光がＮ個の画素に入射する。このことは１マイク ロレンズ当たりのスループットがＮ倍に増大することを意味する。 本発明は、画像表示パネルの電気光学効果により、又はことによると投影レン ズの所望の開口により、光線が画像の形成に寄与するために画素に入射しなけれ ばならない空間角度が決まり、この角度はマイクロレンズに入射するビームが有 する発散と異なるという認識に基づくものである。電気光学効果により課される 空間角度は、光線が画素に、この画素と関連する所望の変調を受けるために入射 しなければならない角度である。一般に、電気光学効果により許容される発散と マイクロレンズに入射するビームに対し許容される発散との間には１０倍の差が ある。従って、画像表示パネルの電気光学効果により許容される空間角度が、例 えばマイクロレンズに対し許容される空間角度の１０倍大きい場合には、本発明 は画素ごとにその許容空間角度をマイクロレンズアレイの種々のマイクロレンズ 、例えば１０個のマイクロレンズから到来する光線で満たすことを提案する。こ れは、１画素に対応する複数のマイクロレンズを２次元アレイに配置された１０ 個の照明素子により照明することにより達成される。この場合には、照明素子の 数は画素の数及びマイクロレンズの数より数桁少なくて十分である。照明素子の アレイはマイクロレンズアレイのピッチ及び画像表示パネルのピッチより著しく 大きいピッチを有する。スループットの増倍率は照明素子の数Ｎになる。 このようにすると、スループット及び解像度を維持しながら、画像表示パネル の寸法を、画像表示パネルの電気光学効果が再び制限影響を生ずるまで減少させ ることができる。他方、画像表示パネルの寸法及びスループットを維持しながら 、解像度を増大させて一層鮮明な画像を得ることができる。画像表示パネル及び 画素の寸法を維持しながら、通常より高いスループットを実現して通常より明る い画素を得ることができる。 欧州特許出願ＥＰ０５１８３６２に、仮想光源のアレイをマイクロレンズアレ イの前方に配置し、これにより光を画像表示パネルの能動画素部分に集中させる ようにした画像表示装置が記載されており、この仮想光源のアレイはマイクロレ ンズアレイのピッチ及び画像表示パネルのピッチに等しいピッチを有するととも にマイクロレンズの数及び画素の数に等しい数の仮想光源を有している。この装 置の欠点は、特に小さい画素を有する画像表示パネルに対し、マイクロレンズの みならず照明素子も極めて小さく且つほぼ同一にする必要があり、製造が極めて 複雑になる事実にある。 本発明画像表示装置の他の実施例では、マイクロレンズアレイ及び画像表示パ ネルがテレセントリック構成に配置されていることを特徴とする。 この構成によれば、マイクロレンズアレイのマイクロレンズと画像表示パネル の画素との相対位置を画素表示パネル上の位置と無関係にすることが達成される 。 本発明画素表示装置の好適実施例では、照明素子のアレイのピッチＰl 及び画 像表示パネルのピッチＰp に対し、Ｍをマイクロレンズアレイの倍率及びｘを整 数とするとき、 Ｍ・Ｐl ＝Ｐp が成立し、マイクロレンズアレイのピッチＰm 及び画像表示パネルのピッチＰp に対し、 Ｐm ＝ｘ・Ｐp が成立することを特徴とする。 この条件のもとでは、マイクロレンズアレイと関連する照明素子が画像表示パ ネルの画素上に好適に結像されるため、光損失が最小に制限されたままとなる。 この目的のためには、結像後の２つの照明素子間の相互間隔が画像表示パネルの ピッチＰp に等しい必要がある。 画素のピッチとマイクロレンズのピッチは等しくすることができ（ｘ＝１）、 或いはマイクロレンズのピッチを画素のピッチの多数倍にすることができる（ｘ ＞１）。後者の場合の利点は、マイクロレンズを少し大きい寸法にしうるため、 その製造が簡単になり、特に極めて小さい画素寸法に対し有利である点にある。 テレセントリック構成でない場合には、ピッチＰm 及びＰp を、マイクロレン ズと画素との間の所望の対応関係を維持するように互いに適合させる必要がある 。この場合には、実際上、マイクロレンズを照明するビームの主光線がマイクロ レンズアレイと画像表示パネルとのアセンブリに垂直にならない。 本発明画像表示装置の他の実施例では、照明素子が画像表示パネルの画素の能 動部分の形状に対応する形状を有する放射表面を有することを特徴とする。 この構成によれば、画像表示パネルの画素の能動部分を最適に利用することが できる。 本発明画像表示装置の他の実施例では、照明装置が、各々アレイに配置された 複数のレンズを具える第１レンズプレート及び第２レンズプレートを具え、第２ レンズプレートのレンズが照明素子のアレイを構成する積分光学系を具えている ことを特徴とする。 本例では各照明素子が積分光学系の第２レンズプレートのレンズにより構成さ れる。積分光学系の存在により、画像の強度分布が一様になる利点が得られる。 更に、積分光学系により光源から到来するビームの形状を画像表示パネルの形状 に変換することができる。多、円形断面のビームを画像表示パネルのアスペクト 比（例えば４：３）に対応するアスペクト比を有する長方形断面のビームに変換 することができる。 本発明画像表示装置の他の実施例では、照明装置が、各々アレイに配置された 複数のレンズを具える第１レンズプレート及び第２レンズプレートを具え、第２ レンズプレートの隣接するレンズのグループが照明素子を構成する積分光学系を 具えていることを特徴とする。 照明素子は第２レンズプレートの複数の隣接レンズの集合で構成することもで きる。 本発明のこれらの特徴及び他の特徴は以下に記載する実施例の説明から明らか になる。 図面において、 図１は本発明画像表示装置の一実施例を示し、 図２及び図３は１つの画素が２以上のマイクロレンズにより照明される本発明 画像表示装置の一部分の実施例を示し、、 図４及び図５は１つのマイクロレンズが２以上の画素を照明する本発明画像表 示装置の一部分の実施例を示し、 図６ａ及び図６ｂは照明素子が積分光学系の第２レンズプレートのレンズ又は レンズグループのより構成された本発明画像表示装置の実施例を示し、 図７は画像表示パネルが反射形画像表示パネルである本発明画像表示装置の一 部分の実施例を示し、 図８ａ及び図９ａは画素の形状の例を示し、 図８ｂ及び図９ｂはこれらの画素形状と関連するマイクロレンズを示し、 図８ｃ及び図９ｃは照明素子の空間分布の例を示す。 図１に線図的に示す画像表示装置１は、アレイに配置された複数の光源５から なる照明装置３を具える。各光源は反射器７、例えば楕円反射体により囲まれて いる。このような反射器７は、光源５により放射された光の大部分が画像表示装 置にできるだけ多く到達するようにする。これらの光源５はそれぞれの反射器７ と共同して互いに離間した照明素子１１のアレイ９を形成する。 更に、画像表示装置１は画像表示パネル１３を有する。画像表示パネル１３は 、例えば液晶材料と画素マトリクスとを具え、ねじれネマチック（ＴＮ）、超ね じれネマチック（ＳＴＮ）、又は強誘電性効果に基づいて動作し、入射光の偏光 方向を表示すべき画像情報に応じて変調するものとすることができる。他方、画 像表示パネルの動作は、例えば高分子分散液晶（ＰＤＬＣ）のように入射無偏光 の分散に基づくものとすることもできる。何れの場合にも、液晶材料の層は、例 えば２つの光学的に透明な基板、例えばガラス又は合成材料の基板間に設けられ 、これらの基板上に、各画素に画像情報を供給するための電極構造が設けられる 。 各画素は、実際にスイッチする能動部分と、受動部分とからなる。１画素当た りの能動部分と受動部分との比により画像表示パネルの幾何学開口が決まる。開 口制限のために、液晶画像表示パネルを具える画像表示装置においては光損失が かなり大きくなりうる。この理由のために、多くの場合、マイクロレンズ１７を 有するマイクロレンズアレイ１５を照明装置３と画像表示パネル１３との間の光 路内に配置して照明装置３からの光の最大量を画像表示パネル１３の画素の能動 部分に集中させるようにしている。マイクロレンズアレイの焦平面を画像表示パ ネル内に位置させる。 画像表示パネル１３により変調された光を次に投影レンズ１９（簡単のため単 投影レンズで示す）により投影して画像を形成する。 マイクロレンズアレイを使用する場合には、画像表示装置のスループットは画 像表示パネルの幾何学開口及びその電気光学効果により許される発散により制限 されるのみならず、マイクロレンズに入射する光ビームの発散によっても制限さ れる。最大のスループットを実現可能にするためには、所定の画素に入射するサ ブビームの径を画像表示パネルの区域においてこの画素の能動部分の寸法にでき るだけ一致させる必要がある。画像表示パネルの区域におけるビーム径はマイク ロレンズに入射するビームの発散及び画像表示パネルの照明側の基板の厚さに依 存する。マイクロレンズに入射するビームの発散はランプ表面とパネル表面との 比により決まる。しかし、上述したパラメータは必ず調整することができるわけ ではない。 画像表示パネルの区域におけるビームの寸法は画素の能動部分の寸法にほぼ等 しいかそれより小さくする必要がある。そうでない場合には、光が画素の受動部 分にも入射し、光損失を生ずるとともににパネルの加熱を生ずる。本発明は、入 射光ビームの発散に関する制限は画像表示パネルの各画素を２以上のマイクロレ ンズを経て照明することにより、及び各マイクロレンズにより２以上の画素を照 明させることにより解決することができるという認識に基づくものである。これ は、単一光源の代わりに、同時に光を放射する複数（Ｎ）の照明素子１１を使用 することにより達成される。図１では、各照明素子は個別の光源として実現され ている。照明素子のアレイを実現しうる他の種々の可能な例については後に説明 する。 フィールドレンズ１８、２０を、マイクロレンズアレイ１５と画像表示パネル １３との組合せ体の前方又は後方に配置することができる。この場合には投影レ ンズの開口の最適使用が可能になる。更に、この場合にはフィールドレンズが無 い場合と比較して小さい開口を有する投影レンズの使用で十分になる。 また、フィールドレンズを前記組合せ体の前方及び後方の両方に配置すること もできる。投影レンズの開口の最適使用に加えて、２つのフィールドレンズ１８ 、２０はテレセントリック照明を実現する。このようにすると、マイクロレンズ アレイのマイクロレンズと画像表示パネルの画素との相対位置を画像表示パネル 上の位置と無関係にすることが達成される。フィールドレンズ１８、２０はオプ ションであるため、これらのレンズは図１、図６ａ及び図６ｂに破線で示してあ る。 図２は、複数の照明素子１１と、複数のマイクロレンズ１７と、画像表示パネ ル１３の複数の画素２１との対応関係を示す断面図である。画像表示装置の最大 スループットを実現するためには、テレセントリック構成の場合には、 Ｍ・Ｐl ＝Ｐp Ｐm ＝ｘ・Ｐp 但し、Ｍはマイクロレンズアレイの倍率及びｘは整数、 を成立させる必要がある。これは、結像後に、照明素子が画像表示パネルの画素 と一致することを意味するとともに、マイクロレンズアレイのピッチＰ_mが画像 表示パネルのピッチＰ_pに等しい（ｘ＝１）又はその整数倍（ｘ＞１）である必 要があることを意味する。 例えば、画像表示パネル１３の１つの画素２１を各マイクロレンズ１５に対応 させることができる。この場合にはマイクロレンズアレイのピッチＰ_mは画像表 示パネル１３のピッチＰ_pに等しい（ｘ＝１）。また、例えば、画像表示パネル の２以上の画素を１つのマイクロレンズに対応させることもできる（ｘ＞１）。 １つのマイクロレンズが２以上の画素に対応する場合には、マイクロレンズは大 きな寸法にしうるため、これらのレンズの製造が一層容易になる。この利点は、 小さい画素を有する画像表示パネルに特に有利である。この場合には、マイクロ レンズアレイのピッチＰm が画像表示パネルのピッチＰp より大きくなる。一例 が図１０に示されている。 テレセントリック構成でない場合には、ピッチＰm 及びＰp を互いに適合させ る必要がある。その理由は、マイクロレンズに入射するビームの主光線がもはや マイクロレンズアレイと画像表示パネルの組立体に垂直にならないためである。 画像表示パネル１３はマトリクスに配置されたｎ個の画素２１を具え、マイク ロレンズアレイ１５はｍ個のマイクロレンズ１７を具える。画像表示パネル１３ の画素２１は、実際にスイッチする能動部分２３と、受動部分２５とからなる。 画像表示パネルの幾何学開口は能動部分の表面と受動部分の表面との比により決 まる。 画素表示パネルの電気光学効果により、又はことによると投影レンズの所望の 開口により、光線が画像の形成に寄与するために画素に入射しなければならない 空間角度が決まる。受動画素部分に入射する光量を最小にするためにマイクロレ ンズに入射する光線に対し許容される制限された発散の結果として、この空間角 度を単一のマイクロレンズから到来する光線で完全に満たすことはできない。こ の理由のために、本発明は１つの画素と関連する空間角度を数個のマイクロレン ズから到来する光線で満たすことを提案する。これは、単一光源の代わりに、同 時に光を放射する複数Ｎの照明素子を有するスプリット光源を用いることにより 達成される。このようにすると、スループットが照明素子１１の数に等しい倍率 だけ増大する。電気光学効果により許容される発散及び画像表示パネルの基板の 厚さ及び画素寸法のような幾何学的ファクタにより実現しうる倍率が決まる。電 気光学効果により許容される発散とマイクロレンズに入射するビームに対し許容 される発散との間には一般に１０倍の差がある。従って、画像表示パネルの電気 光学効果により許容される空間角度がマイクロレンズに入射するビームに対し許 容される空間角度より１０倍大きい場合には、１画素ごとに許容空間角度を数個 のマイクロレンズから到来する光線で満たすことを提案する。これは、マイクロ レンズを２次元アレイに配置された複数の照明素子、例えば１０個の素子で照明 することにより達成される。このアレイ内の照明素子の構成は対称にすることが できるか、必ずしも必要ない。実際上、例えばＴＮ効果のようにすべての電気光 学効果が対称であるわけではない。電気光学効果が最適な画像コントラストを発 生する画像表示パネルへの光入射角度が好適に実現される。 照明素子１１の数（Ｎ）は画素２１の数及びマイクロレンズ１７の数より数桁 小さくて十分である（Ｎ＜＜ｍ，ｎ）。従って、照明素子１１のアレイ９のピッ チＰl はマイクロレンズアレイのピッチＰm び画像表示パネル１３のピッチＰp より著しく大きくする（Ｐl ＞＞Ｐm ，Ｐp ）。 図２及び図３は、３つの異なる照明素子から到来する３つの光ビームの各々が それぞれ異なる１つのマイクロレンズを照明し、次いで１つの画素を照明する方 法を示す。図２は照明素子内に位置する１点の像が画像表示パネルの能動画素部 分内の１点に形成されることを示す。図３は、各照明素子の寸法と能動画素部分 の寸法とを互いに適合させる必要があることを示す。この適合には、マイクロレ ンズアレイの倍率Ｍを考慮する必要があること勿論である。 図４及び図５は３つの異なる照明素子から到来する３つの光ビームが単一のマ イクロレンズを経て３つの異なる画素を照明する方法を示す。図４は、３つの異 なる照明素子の各素子内の１点が３つの異なる画素内の１点に結像されることを 示す。図５は、照明素子の寸法と画素の能動部分の寸法との関係を示す。 互いに離間した照明素子のアレイは、例えば図１に示すような光源のアレイに より実現することができる。このようなアレイを実現する他の方法を図６ａ及び 図６ｂに示す。本例では、照明装置３は１つの光源５を具え、この光源を反射器 ７により部分的に包囲し、この光源からの光の最大量が画像表示装置に到達する ようにする。反射器７は、例えば放物面反射器として平行光ビームを形成するこ とができる。反射器７は球面反射器をコンデンサレンズと組み合わせて使用して 平行光ビームを得ることもできる。更に、照明装置３に、第１レンズプレート２ ９及び第２レンズプレート３１を具える積分光学系というレンズ系２７を設ける 。第１レンズプレート２９は、光源５側にレンズ３３のアレイを具え、反対側は 平面にするのが好ましい。これらのレンズ３３の各々は光源５を第２レンズプレ ート３１の関連するレンズ３５上に結像する。第２レンズプレート３１は光源５ 側を平面にし、反対側にレンズ３５のアレイを設けるのが好ましい。第１レンズ プレート２９のレンズの行及び列の数は例えば第２レンズプレート３１のレンズ の行及び列の数に対応させる。光源５を異なるレンズ３３で対応するレンズ３５ 上に結像させるために第１レンズプレート２９に入射するビームの異なる部分が 使用される。この場合には、第２レンズプレート３１のレンズ３５の数に対応す る数の互いに離間した照明素子１１が形成される。第１レンズプレート２９及び 第２レンズプレート３１のレンズ構成は、例えばＵＳ−Ａ５，１８４，２４８の 場合の様に、互いに相違させることもできる。 第１レンズプレート２９においては、レンズ３３を互いに隣接させて光源から の光をできるだけ多く受光しうるようにすることが重要である。しかし、照明素 子１１は互いに離間させる必要がある。尚、レンズ又はプリズム系（図示せず） を第２レンズプレート３１の背後に配置することもできる。これにより、画像表 示パネル１３の平面内に再結像されるすべての像が互いに重畳されてこの平面内 の照明パワーが所望の均等性を有するようにすることができ、その均等度はプレ ート２９及び３１のレンズの数により決まる。第３レンズを第２レンズプレート と集積することにより同一の結果を達成することができる。実際上、これは、第 ２レンズプレートの各レンズを楔形にすることを意味する。更に、積分光学系は 、光源から到来する、例えば円形断面の光ビームを画像表示パネルのアスペクト 比、例えば４：３、に対応するアスペクト比を有する矩形断面を有する光ビーム に変換することができる利点を有する。上述したような積分光学系の詳細な情報 については米国特許ＵＳ−Ａ５，０９８，１８４及びＵＳ−Ａ５，１８４，２４ ８を参照されたい。 図６ａは垂直方向に４つのレンズ３３を示すのみであるが、実際には第１レン ズプレート２９は、例えば８×６個のレンズを具える。第２レンズプレート３１ のレンズ３５の各々が照明素子として機能することができる。しかし、第２レン ズプレート３１が８×６個のレンズを具える場合には、必要とされる照明素子の 数は１０程度であるため、レンズ３５の複数のグループ、例えば６個のレンズの ８つのグループを形成するのが望ましい。この場合、６個のレンズ３５の８つの グループの各々が照明素子として作用する。これを図６ｂに示し、この図には４ つの照明素子のみが示されている。この図には、これらのレンズの代わりに、照 明素子１１が示されている。第２レンズプレート３１の複数のレンズが合同で１ つの照明素子を構成するようにするには、プリズムを第１レンズプレート２９の レンズ３３の各々と集積することができる。 上述の実施例では、画像表示パネルが透過形画像表示パネルである。しかし、 画像表パネルは反射形にすることもできる。反射形画像表示パネルの動作が入射 光の偏光方向の変調に基づく場合には、変調すべき進行ビームｂ₁及び変調され た戻りビームｂ₂を偏光分離素子により互いに分離する必要がある。しかし、反 射形画像表示パネルの動作が分散効果に基づく場合には、ビームを偏光分離する 必要はなく、変調すべきビームｂ₁と変調されたビームｂ₂とを互いに空間的に分 離すればよい。これは、例えば変調すべきビームを図７に示すようにマイクロレ ンズアレイに角度θで入射させることにより実現することができる。 照明装置の効率を向上させるために、二次光源の表面の形状、例えば積分光学 系の第２レンズプレートのレンズ又はレンズグループの表面の形状を画像表示パ ネルの画素の能動部分の形状に適合させることができ、且つそれらの配置形状を 画素の配置形状に適合させることができる。例えば、画素がデルタ形に配置され ている場合には、照明素子もデルタ形に配置にすることができる。画素の形状よ りむしろ画素の配置形状により照明素子の配置形状が決まる。更に、最適な結果 を得るためにはマイクロレンズの配置形状も画素の配置形状に適合させる必要が ある。上記の例では、マイクロレンズもデルタ配置にする。それらの形状は重要 でなく、それらが互いに隣接することが重要であるため、それらの形状は一般に 自動的に決まる。このようにすると、各画素が強度損失なしに最適に照明される 。 図８及び図９は画素、マイクロレンズ及び照明素子の形状とそれらの配置形状 の最適な組合せ例を示す。 図８ａでは、画素が６角形であり、これらの画素はデルタ形に配置されるが、 能動部分は方形である。この場合には、マイクロレンズアレイ１５のマイクロレ ンズ１７もデルタ形に配置される。これらのマイクロレンズの形状は、それらが 互いに隣接する必要があるという要件により決まる（図８ｂ）。それらの配置形 状は画素２１の配置形状に対応する。図８ｃは照明素子がデルタ形に配置される ことを示し、換言すれば、それらの配置形状は画素２１の配置形状に対応する。 照明素子１１は方形であり、従って画素２１の能動部分２３の形状に対応する。 図９ａは画素２１が方形であり、これらの画素は方形に配置されるが、能動部 分２３は長方形であることを示す。この場合には、関連するマイクロレンズアレ イのマイクロレンズも図９ｂに示すように方形に配置される。マイクロレンズの 形状は何の役割も演じない。能動部分２３に対応する放射表面形状を有する照明 素子１１も方形に配置する。 図１０は、マイクロレンズのピッチＰm が画素のピッチＰp の整数倍である実 施例を示す。これは、どの画素もすべての照明素子で照明されるとはかぎらない ことを意味する。図１０において、各マイクロレンズは２つの画素２１に対応す るため、各画素が半数の照明素子により照明される。従って、画像強度が僅かに 減少するが、マイクロレンズアレイの製造が一層容易になり、比較的小さい画素 を有する画素表示パネルに特に有利であるという利点がある。照明素子Ａ，Ｂ， Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＦは画素ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ及びｆにそれぞれ結像される。これ を、レンズｉに対しパネル１３に、レンズｉ＋１に対しパネル１３’に、レンズ ｉ＋２に対しパネル１３”に示す。レンズｉを経て照明素子Ａにより照明される 画素はレンズｉ＋１を経て照明素子Ｃにより照明され、且つレンズｉ＋２を経て 照明素子Ｅにより照明される。従って画素２１を２つのグループに分割すること ができる。一方のグループは照明素子Ａ，Ｃ及びＥにより照明され、他方のグル ープは照明素子Ｂ，Ｄ及びＦにより照明される。従って、図示の実施例では、各 画素２１は３つの照明素子からの光を受光する。図１０はレンズｉに対する光路 のみを示している。 実際には、一般にマイクロレンズアレイを画像表示パネルより僅かに大きくし 、画像表示パネルよりマイクロレンズを多くして画像表示パネルの外側画像も等 しく照明されるようにする。 本発明画像表示装置の全ての実施例において、画素、マイクロレンズ及び照明 素子のアレイを一方の寸法方向について示したが、これらのアレイは２次元アレ イであること勿論である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ストローメル マルティヌス フィクトル クリスティアーン オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．照明装置、ピッチＰp を有するｎ個の画素のマトリクスが設けられた画像表 示パネルと、投影レンズ系とを具え、画像表示パネルの照明装置側にピッチＰm を有するｍ個のマイクロレンズを具えるマイクロレンズアレイが設けられている 画像表示装置において、 照明装置が、ピッチＰl を有するアレイに配置され且つ同時に光を発生する Ｎ個の照明素子を具え、Ｎ＜＜m 及びＰl ＞＞Ｐm ，Ｐp であることを特徴とす る画素表示装置。 ２．マイクロレンズアレイ及び画像表示パネルがテレセントリック構成に配置さ れていることを特徴とする請求項１記載の画素表示装置。 ３．照明素子のアレイのピッチＰl 及び画像表示パネルのピッチＰp に対し、Ｍ をマイクロレンズアレイの倍率及びｘを整数とするとき、 Ｍ・Ｐl ＝Ｐp が成立し、マイクロレンズアレイのピッチＰm 及び画像表示パネルのピッチＰ p に対し、 Ｐm ＝ｘ・Ｐp が成立することを特徴とする請求項２記載の画素表示装置。 ４．照明素子が画像表示パネルの画素の能動部分の形状に対応する形状を有する 放射表面を有することを特徴とする請求項１、２又は３記載の画素表示装置。 ５．照明装置が、各々アレイに配置された複数のレンズを具える第１レンズプレ ート及び第２レンズプレートを具え、第２レンズプレートのレンズが照明素子の アレイを構成する積分光学系を具えていることを特徴とする請求項１、２、３又 は４記載の画素表示装置。 ６．照明装置が、各々アレイに配置された複数のレンズを具える第１レンズプレ ート及び第２レンズプレートを具え、第２レンズプレートの隣接するレンズのグ ループが照明素子を構成する積分光学系を具えていることを特徴とする請求項１ 、２、３又は４記載の画素表示装置。