WO2003081321A1

WO2003081321A1 - Equipement d'eclairage et dispositif d'affichage de projection

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Publication number: WO2003081321A1
Application number: PCT/JP2003/003496
Authority: WO
Inventors: Yuusaku Shimaoka; Toshiaki Tabuchi; Takamasa Yoshikawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2003-10-02
Also published as: JP2003279880A

Description

明細書照明装置および投写型表示装置技術分野

本発明は、光発生手段や集光手段等を用いた照明装置、および、当該照明装置と、光変調素子、投写レンズとを用いて大画面映像をスクリーン上に投影する投写型表示装置に関するものである。背景技術

近年、大画面表示が可能な投写型の映像機器として、各種の光変調素子を用いた投写型表示装置（プロジェクター）が注目されている。

これらの投写型表示装置は、光発生手段である光源から放射された光により、透過型、反射型の液晶パネルや、アレイ状に配置された微小ミラーによって反射方向を変化できる D M D (ディジタルマイクロミラーデバイス）などによって光変調が行える光変調素子を照明し、外部から供給される映像信号に応じた光学像を光変調素子上に形成し、光変調素子により変調された照明光である光学像を投写レンズによってスクリ一ン上に拡大投影するものである。

この投影された大画面の重要な光学的特性として、明るさと、その表示画面内の明るさ均一性があげられる。明るさについては、光源から発生された光を効率よく光変調素子へ集光することが重要である。

また、表示領域内の明るさ均一性については、ランプから発生された光を、中央部と周辺部で明るさむらの少ない光束として、光変調素子に照明することが重要である。つまり、照明装置の高効率化、照明光束の明るさ均一化が求められている。

図 1 0に、従来の均一照明が可能な照明装置と、光変調素子としての透過型液晶パネル 3 1と投写レンズ 3 2を用いた投写型表示装置を示す c 光発生手段であるランプ 1 1から出射された光は、集光手段である凹面鏡で集光され、凹面鏡の開口から出射される。

凹面鏡から出射された光束は、光束の中央付近と周辺部での輝度差が大きい明るさむらのある光束である。そこで、光束内の輝度均一化を図るため、まず複数の第 1 レンズを 2次元状に配置した第 1のレンズァレィ 1 3で部分光束に分割する。

各部分光束は、第 1のレンズァレイ 1 3内の個々のレンズに対応する第 2レンズをもつ第 2のレンズァレイ 1 5によって、第 1のレンズァレィ 1 3内の各レンズ開口と相似形で結像し、透過型液晶パネル 3 1上に重畳される。

これにより、第 1のレンズアレイ 1 3に入射する時点では明るさむらのある光束が、様々な輝度分布をもつ各部分光束として重畳されることによって、透過型液晶パネル 3 1上の均一照明を実現させている。

さらに、均一に照射された光は、透過型液晶パネル 3 1によって変調され、投写レンズ 3 2を介してスクリーン 3 3上に映し出されるとレ、う構成である。

従来例の課題を示す。均一照明を可能にするレンズアレイは、 1つ 1 つのレンズが隣り合う構造であり、各レンズ境界部に谷間が生じる。

また、 1つ 1つのレンズの曲率中心位置を各開口中心位置から偏芯させた場合には、各レンズ境界部に段差が生じる。このような谷間や段差部分には、レンズアレイを成形した場合、設計形状から大きく異なる領域（面だれ）が形成されやすい。

境界部に面だれ部分をもつレンズアレイを第 1のレンズアレイ.1 3として用いた場合、各レンズ開口の周辺部分が面だれ部分の影響によって、設計通りのレンズ面形状で伝搬されるべき位置に光が伝搬されないので、照明領域の周辺部が極端に暗くなつたり、その他の照明領域と色が異なっていたり、明るさが不均一であったりといった不具合が生じる。そのため、照明領域周辺部にこれらの不具合が生じる照明装置によつて、光変調素子である透過型液晶パネル 3 1上に照明する場合、スクリーン 3 3上の画面周辺部分に不具合が現れないようにするには、上記不具合のある照明領域周辺部分を透過型液晶パネル 3 1の有効表示領域内に入り込ませないようにする必要がある。

そこで、このような場合は、従来から透過型液晶パネル 3 1上への照明領域を有効表示領域より一辺の長さで 1 . 1〜 1 . 2倍程度も大きく照明するといつた手法が用いられている。

このとき、有効表示領域より外側に照明光が入射するため、透過型液晶パネル 3 1自身の光吸収によって熱が発生し、正常な動作が保証されている温度を越えてしまうといった問題がある。

また、透過型液晶パネル 3 1を冷却する装置を用いている場合では、冷却能力が高い冷却装置が必要になるという問題がある。

また、近年、投写型表示装置の高輝度化がすすめられており、高消費電力ランプや、複数個のランプの使用が盛んになつている。しかしながら、高消費電力ランプや、複数個のランプの使用は、透過型液晶パネル 3 1有効表示領域外への光量も増加し、透過型液晶パネル 3 1の熱発生量を押さえる必要が発生する。

つまり、高い冷却能力を有する冷却装置による透過型液晶パネル 3 1 の冷却が必要になることや、冷却能力の低い冷却装置では、高消費電力ランプや、複数個のランプの使用が困難になるという問題がある。

また、透過型液晶パネル 3 1のように光変調素子である表示デバイス. が透過型の場合、有効表示領域内のみが光変調部分であり、照明光を透過する。そのため、有効表示領域外の照明光は投写レンズ 3 2側へは透過されず、投写レンズ 3 2を介してスクリーン 3 3側へ出射されるコントラストを低下させる不要な光とはならない。

しかしながら、反射型の液晶パネルや、微少ミラーを用いている D M D (ディジタルマイクロミラーデバイス）などの反射を利用した光変調素子を表示デバイスとして用いた投写型表示装置の場合は、有効 ¾示領域外の照明光が不要な光として投写レンズ 3 2を介してスクリーン 3 3 側へ出射されるという問題がある。発明の開示

本発明は、このような従来の投写型表示装置の課題を考慮し、熱発生量を少なく抑え、あるいは不要な光を発生させない照明装置、投写型表示装置を提供することを目的とする。

第 1の本発明は、光発生手段 1 1と、前記光発生'手段 1 1から出射する光を集光する集光手段 1 2と、前記集光手段 1 2から出射された光束が入射する、複数の第 1レンズが配列された第 1のレンズアレイ 1 3と、前記第 1のレンズアレイ 1 3のレンズ境界線に対応した位置に配置された格子状開口絞り 1 4と、前記格子状開口絞り 1 4から出射された光が入射する複数の第 2レンズが配列された第 2のレンズアレイ 1 5とを備えた照明装置である。

第 2の本発明は、前記格子状開口絞りの格子幅が 0 . l〜 5 mmである第 1の本発明の照明装置である。

第 3の本発明は、前記格子状開口絞りが金属である第 1または第 2の本発明の照明装置である。第 4の本発明は、前記格子状開口絞りがプラスティックである第 1または第 2の本発明の照明装置である。

第 5の本発明は、第 1の本発明にかかる前記照明装置と、

前記第 2のレンズアレイから出射された光により照明される光変調素子と、

前記光変調素子上の光学像をスクリーン上に投影する投写レンズとを備えた投写型表示装置である。

第 6の本発明は、前記格子状開口絞りの格子幅が 0 . l〜 5 mmである第 5の本発明の投写型表示装置である。

第 7の本発明は、前記格子状開口絞りが金属である第 5または第 6の本発明の投写型表示装置である。

第 8の本発明は、前記格子状開口絞りがプラスティックである第 5または第 6の本発明の投写型表示装置である。

第 9の本発明は、光発生手段と、前記光発生手段から出射する光を集光する集光手段と、前記集光手段から出射された光束が入射する、複数の第 1 レンズが配列された、第 1のレンズアレイと、前記第 1のレンズアレイから出射された光が入射する複数の第 2レンズが配列された第 2 のレンズァレイとを備え、

前記第 1のレンズアレイのレンズ境界線に沿って、格子状ラインが形成されている照明装置である。

第 1 0の本発明は、前記格子状ラインを設けている第 1のレンズァレィの格子状ラインの格子幅が 0 . 1〜 5 m mである第 9の本発明の照明装置である。

第 1 1の本発明は、前記格子状ラインを設けている第 1のレンズァレィの格子状ラインが黒色塗料で形成されていることを特徴とする第 9または第 1 0の本発明の照明装置である。第 1 2の本発明は、第 9の本発明にかかる照明装置と、前記第 2のレンズアレイから出射された光により照明される光変調素子と、

第 1 3の本発明は、前記格子状ラインを設けている第 1のレンズァレィの格子状ラインの格子幅が 0 . l〜 5 mmである第 1 2の本発明の投写型表示装置である。

第 1 4の本発明は、前記格子状ラインを設けている第 1のレンズァレィの格子状ラインが黒色塗料で形成されている第 1 2または第 1 3の本発明の投写型表示装置である。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態 1にかかる照明装置の概略構成の一例とその作用を説明する略断面図である。

図 2は、格子状開口絞りの概略構成の一例を説明する略斜視図である _c 図 3は、格子状開口絞りの概略構成の一例を説明する略斜視図である _c 図 4は、本発明の実施の形態 1にかかる照明装置の概略構成の一例とその作用を説明する略断面図である。

図 5は、本発明の実施の形態 2にかかる投写型表示装置の概略構成の一例とその作用を説明する略断面図である。

図 6は、本発明の実施の形態 3にかかる照明装置の概略構成とその作用を説明する略断面図である。

図 7は、格子状ラインを設けた第 1のレンズァレイの概略構成の一例を説明する略斜視図である。図 8は、格子状ラインを設けた第 1のレンズアレイの概略構成の一例を説明する略斜視図である。

図 9は、本発明の実施の形態 4にかかる投写型表示装置の概略構成の一例とその作用を説明する略断面図である。

図 10は、従来の投写型表示装置の概略構成とその作用を説明する略断面図である。

(符号の説明）

1 1 ランプ

1 2 放物面鏡

13 第 1の

14 格子状開口絞り

1 5 第 2のレンズアレイ

16 レンズ

1 7 照明したい領域を持つ面

18 光軸

31 透過型液晶パネル

32 投写レンズ

33 スクリーン

41 格子状ラインを設けた第 1の

100 格子状ライン発明を実施するための最良の形態

(実施の形態 1)

本発明の実施の形態 1について、図面を参照しながら説明する, 図 1に、本実施形態 1にかかる照明装置の概略構成を示す。

光発生手段であるランプ 1 1から放射された光は、集光手段である放物面鏡 1 2によって集光される。この放物面鏡 1 2から出射される光束は、実質上平行な光である。

この実質上平行な光は、複数の第 1 レンズを 2次元状に配置した第 1 のレンズアレイ 1 3に入射し、部分光束に分割される。

この部分光束の開口絞りとして、第 1のレンズアレイ 1 3の直後に第 1のレンズァレイ 1 3のレンズ境界線が存在する位置に対応する、すなわち、対向する位置に、格子状開口絞り 1 4が配置されている。格子状開口絞り 1 4は、第 1のレンズアレイ 1 3を通過した光を制限する絞りであり、光が直接入射してくるため、開口絞りは熱せられるため、アルミニゥムゃステンレスや鉄など熱伝導性の良い金属製が良いが、軽量で熱に強いプラスティックや、熱容量の大きなセラミックでもよい。

格子状開口絞り 1 4の目的と形状について説明をする。従来技術で説明したように、均一照明を可能にするレンズアレイは、 1つ 1つのレンズが隣り合う構造であり、各レンズ境界部に谷間が生じる。また、 1つ 1つのレンズの曲率中心位置を各開口中心位置から偏芯させた場合には、各レンズ境界部に段差が生じる。

このため、レンズアレイを成形した場合、その境界部に設計形状から大きく異なる領域（面だれ）が形成されやすい。そのため、第 1のレンズアレイ 1 3が成形品である場合に、各第 1 レンズ境界部に形成される面だれ部分を通過する光は、到達すべき位置とは異なる位置に到達するので、拡大 1 レンズ境界部に対応する照明したい領域の周辺部分が極端に暗くなつたり、その他の照明領域と色が異なっていたり、面内の明るさが不均一化したりといった不具合が、従来の装置では発生している。そこで、図 2に示す格子状開口絞り 1 4は、第 1 レンズ境界部に形成される面だれ部分を通過し、出射される光を遮光することが目的であるため、面だれ部分と同程度の格子幅が必要である。

よって、格子状開口絞り 1 4の格子幅は、面だれ部分の幅がレンズ境界から片側 0 . l mm〜 2 mm程度と考えられるので、パラツキを考慮して全幅 0 . 1〜 5 mm程度が適当である。なお、レンズアレイ内のレンズ一個の大きさは、大体、小さい物で 2 . 5 mm四方であり、大きい物で 2 0〜 2 5 mm四方が殆どである。面だれ領域として片側 0 . 1〜 2 mm とすると、両側が 0 . 2〜4 m mとなる。その結果、格子幅を％で表現すると 0 . 8〜： 1 0 0 %となる。

また、各第 1 レンズ境界部に形成される面だれ部分も一定でないことから、図 3に示すように、格子状開口絞り 1 4の格子幅が各第 1 レンズ境界に対して一定の幅の形状でなくても良い。

実質上平行な光が入射し、第 1のレンズアレイ 1 3から出射された部分光束がスポットを形成する位置の近傍に複数の第 2 レンズを 2次元状に配置した第 2のレンズアレイ 1 5を配置している。この第 2のレンズアレイ 1 5によって、各第 1レンズから出射された部分光束を、照明したい領域上に、各第 1 レンズに対応する格子状開口絞り 1 4によって決定される開口形とほぼ相似形で照明することができる。

また、格子状開口絞り 1 4の各開口形と相似形の照明領域を照明したい領域に重畳させるため、レンズ 1 6を第 2のレンズアレイ 1 5後方に配置させている。

しかし、このレンズ 1 6が無く、第 2のレンズアレイ 1 5内の各第 2 レンズの曲率中心を各開口中心から偏芯させることによつても同様に照明したい領域に部分光束を重畳させることができる。

図 1のように、第 1のレンズアレイ 1 3とは別に格子状開口絞り 1 4 を設ける構成では、格子状開口絞り 1 4で遮光された光によって、格子状開口絞り 1 4の温度は上昇するが、第 1のレンズアレイ 1 3とは別の部材で作製されているため、熱伝導による第 1のレンズアレイ 1 3が高温になり過ぎることが無い。

そのため、ランプ 1 1の点灯、消灯時に起きる第 1のレンズアレイ 1 3の熱膨張およぴ熱収縮によってレンズにひびが入ることや劣化することが少なくなるという効果が得られる。

以上のように、本実施の形態 1によれば、照明したい領域に対して明るさが均一な照明を行う場合、照明領域周辺部が極端に暗くなつたり、その他の照明領域と色が異なっていたり、明るさが不均一であったりといった不具合の無い照明が可能となる。

なお、ランプ 1 1は、ガラス管内でのアーク放電によって発光体が形成される超高圧水銀ランプやキセノンランプ、メタルハライドランプ、さらにハロゲンランプ等のランプを用いることができる。

なお、図 1では、格子状開口絞り 1 4を第 1のレンズアレイ 1 3の出射面側近傍に配置しているが、図 4のように、第 1のレンズアレイ 1 3 の入射面側近傍に配置する構成でも良い。

なお、図 1では、第 1のレンズアレイ 1 3を形成する第 1 レンズの各開口形状は矩形形状であるが、照明したい領域とほぼ同様の形状であればよく、矩形形状以外の開口形状でも良い。

なお、図 1では、集光手段として、放物面鏡 1 2を図示したが、楕円面鏡や、その他 2次曲面の凹面鏡であっても良い。

なお、図 1では、一つのランプ 1 1から放射された光を、一つの放物面鏡 1 2で集光し、実質上平行な光として利用することを述べたが、 1 つ以上のランプと各ランプを集光するための 1つ以上の凹面鏡を用い、ミラー及びレンズ手段を用いて実質上平行な光を形成する構成であっても良い。なお、図 1では、第 1のレンズァレイ 1 3 と、第 2のレンズァレイ 1 5は各レンズの開口が同形状であり、各開口中心に曲率中心がほぼ一致している形状を図示しているが、第 2のレンズアレイ 1 5は第 1のレンズアレイ 1 3と同形状である必要はなく、各開口中心に曲率中心が一致していない偏芯されたレンズを複数個使用したレンズァレイでもよい。また第 1のレンズアレイ 1 3と、第 2のレンズアレイ 1 .5を形成する複数のレンズについても同じ数ではなく、第 2のレンズアレイ 1 5を形成するレンズの数が、第 1のレンズァレイ 1 3を形成するレンズの数より同等以上であればよい。 '''

なお、図示していないが、光の入射角によって光学性能に差が生じやすい U V— I Rカツトフィルター 1 3や、色調整フィルタ一は、光の入射角が実質上垂直となる第 1のレンズアレイ 1 3の直前に、必要に応じて配置してもよい。

(実施の形態 2 )

本発明の実施の形態 2について、図面を参照しながら説明する。

図 5に、本実施の形態 2にかかる投写型表示装置の概略構成を示す。図 5に示した照明装置部分については、実施の形態 1で示した内容と同等であるので説明を省略する。

照明装置により、明るさが均一に照明される位置近傍に配置された光変調素子である透過型液晶パネル 3 1と、外部から供給される映像信号に応じた光学像を光変調素子上に形成し、光変調素子により変調された照明光である光学像を投写レンズ 3 2によってスクリーン 3 3上に拡大投影できる投射型表示装置を得ることができる。

実施の形態 1の照明装置によって透過型液晶パネル 3 1を照明する場合において、成形された第 1のレンズアレイ 1 3の第 1 レンズ境界部に形成されやすい面だれ部分を通過し、照明したい領域周辺部分が極端に暗くなつたり、その他の照明領域と色が異なっていたり、明るさが不均一になるといった不具合がほぼ無くなる。

以上のように、本実施の形態 2によれば、照明したい領域に対して明るさが均一な照明を行う場合、照明領域周辺部が極端に暗くなつたり、その他の照明領域と色が異なっていたり、明るさが不均一であったりといった不具合の無い照明が可能となる。

これにより、従来必要であった透過型液晶パネル 3 1上への照明領域は有効表示領域よりかなり大きくするといった手法を用いる必要が無く、透過型液晶パネル 3 1の有効表示領域に対して照明範囲をあまり大きくしなくて良くなる。この結果、光変調を行う有効表示領域より外側に入射した照明光による透過型液晶パネル 3 1 自身の熱発生量を最小限にすることができる。

さらに、近年の投写型表示装置における高輝度化がすすめられている現状では、高消費電力ランプや、複数個のランプの使用によって、透過型液晶パネル 3 1有効表示領域外への光量も増加傾向にあるが、透過型液晶パネル 3 1の熱発生量をできるだけ少なく押さえるため、動作保証温度内まで冷却できる装置を追加しなくてもよい、または、できるだけ小さな冷却装置でもよくなる。これより、コストを少なく、セットサイズを小さくすることにも貢献できるといえる。，さらに、光変調素子が透過型液晶パネル 3 1ではなく、反射型の液晶パネルや、微少ミラーを用いている DMD (ディジタルマイクロミラーデバイス）などの反射を利用した光変調素子を表示デバイスとして用いた投写型表示装置の場合では、有効表示領域外の照明光ができるだけ少なくなることから、投写レンズ 3 2を介してスクリーン 3 3側へ出射される不要な光が減少しコントラストを高めることができるといえる。

なお、図 5では、格子状開口絞り 1 4を第 1のレンズアレイ 1 3の出射面側近傍に配置しているが、第 1のレンズアレイ 1 3の入射面側近傍に配置する構成でも良い。

さらに、図 5では、第 2のレンズアレイ 1 5から出射される光を略平行な光に変換する光学手段として一つのレンズを図示したが、複数個のレンズを組み合わせたものであってもよい。

なお、図 5では、一つのランプ 1 1から放射された光を、一つの放物面鏡 1 2で集光し、実質上平行な光として利用することを述べたが、 1 つ以上のランプと各ランプを集光するための 1つ以上の凹面鏡を用い、ミラー及ぴレンズ手段を用いて実質上平行な光を形成する構成であっても良い。

なお、図 5では、第 1のレンズアレイ 1 3 と、第 2のレンズアレイ 1 5は各レンズの開口が同形状であり、各開口中心に曲率中心がほぼ一致している形状を図示しているが、第 2のレンズアレイ 1 5は第 1のレンズアレイ 1 3と同形状である必要はなく、各開口中心に曲率中心が一致していない偏芯されたレンズを複数個使用したレンズァレイでもよい。また第 1のレンズアレイ 1 3と、第 2のレンズアレイ 1 5を形成する複数のレンズについても同じ数ではなく、第 2のレンズアレイ 1 5を形成するレンズの数が、第 1のレンズアレイ 1 3を形成するレンズの数より同等以上であればよい。

なお、上記の投写型表示装置が備える透過型液晶パネル 3 1として、その他の透過型ライトパルプ、反射型ライトパルプ、アレイ状に配置された微小ミラーによって反射方向を変化できるミラーパネルまたは光書き込みによる光変調が行えるなど光変調が可能な構造を複数個有する画素構造をもつ光変調素子を用いることができる。

さらに、図 5では、光変調素子として透過型液晶パネル 3 1を 1つだけ備えた構成を例示したが、複数個の光変調素子を備えた構成であってもよい。

さらに、図示していないが、色分解および色合成を行うことができるプリズムやフィルター、ミラー等を用いた構成であってもよい。

(実施の形態 3 )

本発明の実施の形態 3について、図面を参照しながら説明する。

図 6に、本実施形態 3にかかる照明装置の概略構成を示す。

図 6に示した光発生手段であるランプ 1 1部分、および集光手段である凹面鏡部分、および凹面鏡から第 1のレンズアレイ 4 1に入射するまでのミラーおよびレンズなどの光学手段、および第 2のレンズアレイ 1 5については、実施の形態 1で示した内容と同等であるので説明を省略する。

本実施の形態 3における複数の第 1 レンズが 2次元的に配列されている第 1のレンズアレイ 4 1は、図 7に示すように、第 1 レンズのレンズ境界線に沿った格子状ライン 1 0 0を出射面側に設けている。これにより、第 1のレンズアレイ 4 1内のレンズ境界部に形成される面だれ部分を通過し、出射される光を遮光することができる。

レンズ境界部に沿った格子状ライン 1 0 0の格子幅は、面だれ部分と同程度の格子幅が必要である。よって、格子状ライン 1 0 0の格子幅は、面だれ部分の幅がレンズ境界から片側 0 . l mm〜 2 mm程度と考えられるので、バラツキを考慮して全幅 0 . l〜 5 mm程度が適当であるまた、各第 1 レンズ境界部に形成される面だれ部分も一定でないことから、図 8に示すように、格子状ライン 1 0 0の格子幅が各第 1 レンズ境界に対して一定の幅の形状でなくても良い。

また、第 1のレンズアレイ 4 1に設けられた格子状ライン 1 0 0は、黒色の塗料で形成されたもので良いが、黒色塗料以外で,も光の透過率が周囲のレンズ材料と比較して極端に低いものを使用してもよい。

図 7のように、格子状ライン 1 0 0を設けた第 1のレンズアレイ 4 1 では、前述した実施の形態 1の第 1のレンズアレイ 1 3とは別に格子状開口絞り 1 4を設ける構成ではないので、第 1のレンズアレイ 1 3と格子状開口絞り 1 4の位置調整が必要でなくなること、および部品点数が一つ減りコストが低くなるという効果が得られる。

さらに、第 1のレンズアレイ 1 3上に格子状のライン 1 0 0を設ける場合、格子状開口絞り 1 4を機械加工または、型成形で作成する場合と比較して、格子幅が細い形状や、開口の角がほぼ曲率のない形状について容易であるという利点がある。

以上のように、本実施の形態 3によれば、照明したい領域に対して明るさが均一な照明を行う場合、照明領域周辺部が極端に暗くなったり、その他の照明領域と色が異なっていたり、明るさが不均一であったりといった不具合の無い照明が可能となる。

なお、図 6では、格子状ライン 1 0 0を設けた第 1のレンズァレイ 4 1の格子状ラインは出射面側に設けているが、第 1のレンズアレイ 4 1 の入射面側に設ける構成でも良い。

なお、図 6では、格子状ライン 1 0 0を設けた第 1のレンズアレイ 4 1を形成する第 1 レンズの各開口形状は矩形形状であるが、照明したい領域とほぼ同様の形状であればよく、矩形形状以外の開口形状でも良いなお、図 6では、一つのランプ 1 1から放射された光を、一つの放物面鏡 1 2で集光し、実質上平行な光として利用することを述べたが、 1 つ以上のランプと各ランプを集光するための 1つ以上の凹面鏡を用い、ミラー及びレンズ手段を用いて実質上平行な光を形成する構成であっても良い。

なお、図 6では、格子状ライン 1 0 0を設けた第 1のレンズアレイ 4 1と、第 2のレンズアレイ 1 5は各レンズの開口が同形状であり、各開口中心に曲率中心がほぼ一致している形状を図示しているが、第 2のレンズァレイ 1 5は格子状ライン 1 0 0を設けた第 1のレンズァレイ 4 1 と同形状である必要はなく、各開口中心に曲率中心が一致していない偏芯されたレンズを複数個使用したレンズアレイでもよい。

また、第 1のレンズアレイ 1 3 と、第 2のレンズアレイ 1 5を形成する複数のレンズについても同じ数ではなく、第 2のレンズアレイ 1 5を形成するレンズの数が、格子状ライン 1 0 0を設けた第 1のレンズァレィ 4 1を形成するレンズの数より同等以上であればよい。

(実施の形態 4 )

本発明の実施の形態 4について、図面を参照しながら説明する。

図 9に、本実施形態 4にかかる投写型表示装置の概略構成を示す。図 9に示した照明装置部分については、実施の形態 3で示した内容と同等であるので説明を省略する。

照明装置により、明るさが均一に照明される位置近傍に配置された光変調素子である透過型液晶パネル 3 1と、外部から供給される映像信号に応じた光学像を光変調素子上に形成し、光変調素子により変調された照明光である光学像を投写レンズ 3 2によってスクリーン 3 3上に拡大投影できる投射型表示装置を得ることができる。実施の形態 3の照明装置によって透過型液晶パネル 3 1を照明する場合において、成形された第 1のレンズアレイ 4 1の第 1 レンズ境界部に形成されやすい面だれ部分を通過し、照明したい領域周辺部分が極端に喑くなったり、その他の照明領域と色が異なっていたり、明るさが不均一になるといった不具合がほぼ無くなる。

以上のように、本実施の形態 4によれば、照明したい領域に対して明るさが均一な照明を行う場合、照明領域周辺部が極端に暗くなったり、その他の照明領域と色が異なっていたり、明るさが不均一であったりといった不具合の無い照明が可能となる。

これにより、従来必要であった透過型液晶パネル 3 1上への照明領域は有効表示領域よりかなり大きくするといつた手法を用いる必要が無く、透過型液晶パネル 3 1の有効表示領域に対して照明範囲をあまり大きくしなくて良くなる。この結果、光変調を行う有効表示領域より外側に入射した照明光による透過型液晶パネル 3 1自身の熱発生量を最小限にすることができる。

さらに、近年の投写型表示装置における高輝度化がすすめられている現状では、高消費電力ランプや、複数個のランプの使用によって、透過型液晶パネル 3 1有効表示領域外への光量も増加傾向にあるが、透過型液晶パネル 3 1の熱発生量をできるだけ少なく押さえるため、動作保証温度内まで冷却できる装置を追加しなくてもよい、または、できるだけ小さな冷却装置でもよくなる。これより、コストを少なく、セットサイズを小さくすることにも貢献できるといえる。

さらに、光変調素子が透過型液晶パネル 3 1ではなく、反射型の液晶パネルや、微少ミラーを用いている D MD (ディジタルマイクロミラーデバイス）などの反射を利用した光変調素子を表示デバイスとして用いた投写型表示装置の場合では、有効表示領域外の照明光ができるだけ少なくなることから、投写レンズ 3 2を介してスクリーン 3 3側へ出射される不要な光が減少しコントラストを高めることができるといえる。なお、図 9では、格子状ライン 1 0 0を第 1のレンズァレイ 1 3の出射面側近傍に配置しているが、第 1のレンズアレイ 1 3の入射面側近傍に配置する構成でも良い。

さらに、図 9では、略平行な光に変換する光学手段どしてレンズを図示したが、単レンズを複数個の組み合わせたものであってもよい。

なお、図 9では、一つのランプ 1 1から放射された光を、一つの放物面鏡 1 2で集光し、実質上平行な光として利用することを述ぺたが、 1 つ以上のランプと各ランプを集光するための 1つ以上の凹面鏡を用い、ミラー及びレンズ手段を用いて実質上平行な光を形成する構成であってあ民い。

なお、図 9では、格子状ライン 1 0 0を設けた第 1のレンズアレイ 4 1と、第 2のレンズアレイ 1 5は各レンズの開口が同形状であり、各開口中心に曲率中心がほぼ一致している形状を図示しているが、第 2のレンズァレイ 1 5は格子状ライン 1 0 0を設けた第 1のレンズァレイ 4 1 と同形状である必要はなく、各開口中心に曲率中心が一致していない偏芯されたレンズを複数個使用したレンズァレイでもよい。

また格子状ライン 1 0 0を設けた第 1のレンズアレイ 4 1 と、第 2のレンズアレイ 1 5を形成する複数のレンズについても同じ数ではなく、第 2のレンズアレイ 1 5を形成するレンズの数が、格子状ライン 1 0 0 を設けた第 1のレンズアレイ 4 1を形成するレンズの数より同等以上であればよい。

さらに、図 9では、光変調素子として透過型液晶パネル 3 1を 1つだけ備えた構成を例示したが、複数個の光変調素子を備えた構成であってもよい。

なお、図示していないが、光の入射角によって光学性能に差が生じやすい U V— I Rカツトフィルター 1 3や、色調整フィルタ一は、光の入射角が実質上垂直となる第 1のレンズアレイ 1 3の直前に、必要に応じて配置してもよい。産業上の利用可能性

以上のように本発明によれば、照明したい領域に対して明るさが均一な照明を行う場合、照明領域周辺部が極端に暗くなつたり、その他の照明領域と色が異なっていたり、明るさが不均'一であったりといった不具合の無い照明が可能な照明装置を得ることができるので、当該照明装置を用いることによって、表示デバイス非有効領域外への照明光による熱発生量を軽減し、冷却装置の小型化、および表示デバイスの動作が保証される温度範囲内で使用できるランプの高輝度化や、コントラストの向上が可能な投写型表示装置を実現できる。

Claims

請求の範囲

1 . 光発生手段と、前記光発生手段から出射する光を集光する集光手段と、前記集光手段から出射された光束が入射する、複数の第 1 レンズが配列された第 1のレンズアレイと、前記第 1のレンズアレイのレンズ境界線に対応した位置に配置された格子状開口絞りと、前記格子状開口絞りから出射された光が入射する複数の第 2レンズが配列された第 2 のレンズアレイとを備えた照明装置。

2 . 前記格子状開口絞りの格子幅が 0 . 1〜 5 mmである請求項 1 記載の照明装置。

3 . 前記格子状開口絞りが金属である請求項 1または請求項 2記載の照明装置。

4 . 前記格子状開口絞りがプラスティックである請求項 1または請求項 2記載の照明装置。

5 . 請求項 1にかかる前記照明装置と、

前記光変調素子上の光学像をスクリーン上に投影する投写レンズとを備えた投写型表示装置。

6 . 前記格子状開口絞りの格子幅が 0 . 1〜5 m mである請求項 5 記載の投写型表示装置。

7 . 前記格子状開口絞りが金属である請求項 5または請求項 6記載の投写型表示装置。

8 . 前記格子状開口絞りがプラスティックである請求項 5または請. 求項 6記載の投写型表示装置。

9 . 光発生手段と、前記光発生手段から出射する光を集光する集光手段と、前記集光手段から出射された光束が入射する、複数の第 1 レンズが配列された、第 1のレンズアレイと、前記第 1のレンズアレイから出射された光が入射する複数の第 2レンズが配列された第 2のレンズァレイとを備え、

前記第 1のレンズアレイのレンズ境界線に沿って、格子状ラインが形成されている照明装置。

1 0 . 前記格子状ラインを設けている第 1のレンズアレイの格子状ラィンの格子幅が 0 . 1〜 5 mmである請求項 9記載の照明装置。

1 1 . 前記格子状ラインを設けている第 1のレンズアレイの格子状ラィンが黒色塗料で形成されていることを特徴とする請求項 9または請求項 1 0記載の照明装置。

1 2 . 請求項 9にかかる照明装置と、

1 3 . 前記格子状ラインを設けている第 1のレンズアレイの格子状ラインの格子幅が 0 . 1〜 5 mmである請求項 1 2記載の投写型表示装置 _c

1 4 . 前記格子状ラインを設けている第 1のレンズアレイの格子状ラインが黒色塗料で形成されている請求項 1 2または請求項 1 3記載の投写型表示装置。