(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を射出する照明光学系と、
前記照明光学系から射出された照明光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置から射出された光を投写する投写光学系と、を備えた投写型表示装置であって、
前記光変調装置は、与えられた画像信号に応じて前記光変調装置の光照射面に照射された照明光の射出方向を制御して前記照明光を変調することにより、画像を表す画像光を射出する射出方向制御型光変調装置であり、
前記照明光学系は、
光源部と、
輪郭形状が、長さの異なる第１と第２の対角線を有する四辺形である複数の第１の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記複数の第１の小レンズに対応する複数の第２の小レンズを有する第２のレンズアレイと、を備え、
かつ、前記光源部と前記第１のレンズアレイとの間に、第１の集光レンズと、複数の色フィルタが回転可能に形成されたカラーホイールと、第２の集光レンズとを順に備え、
前記照明光学系によって前記光変調装置に照射された照明光の中心軸が、前記光変調装置に所定の角度で斜めに入射するように設定されており、
前記四辺形は、前記第１のレンズアレイから前記光照射面に入射する照明光によって照明される四辺形状の照明領域の２つの対角線の長さの比が、前記第１と第２の対角線の比よりも１に近くなるように設定されている、
投写型表示装置。
【請求項２】
照明光を射出する照明光学系と、
前記照明光学系から射出された照明光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置から射出された光を投写する投写光学系と、を備えた投写型表示装置であって、
前記光変調装置は、与えられた画像信号に応じて前記光変調装置の光照射面に照射された照明光の射出方向を制御して前記照明光を変調することにより、画像を表す画像光を射出する射出方向制御型光変調装置であり、
前記照明光学系は、
光源部と
輪郭形状が、長さの異なる第１と第２の対角線を有する四辺形である複数の第１の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記複数の第１の小レンズに対応する複数の第２の小レンズを有する第２のレンズアレイと、を備え、
かつ、前記第２のレンズアレイと前記光変調装置との間に、第１の集光レンズと、複数の色フィルタが回転可能に形成されたカラーホイールと、第２の集光レンズとを順に備え、
前記照明光学系によって前記光変調装置に照射された照明光の中心軸が、前記光変調装置に所定の角度で斜めに入射するように設定されており、
前記四辺形は、前記第１のレンズアレイから前記光照射面に入射する照明光によって照明される四辺形状の照明領域の２つの対角線の長さの比が、前記第１と第２の対角線の比よりも１に近くなるように設定されている、
投写型表示装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の投写型表示装置であって、
前記第１のレンズアレイの複数の第１の小レンズの少なくとも一部は、偏心レンズである、投写型表示装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の投写型表示装置であって、
前記第２のレンズアレイの複数の第２の小レンズの少なくとも一部は、偏心レンズである、投写型表示装置。
【請求項５】
略矩形状の光照射面に照射された照明光の射出方向を画像情報に応じて制御することにより、画像を表す画像光を射出する光変調装置に対して、前記光照射面に照射された照明光の中心軸が前記光照射面に所定の角度で斜めに入射するように、前記照明光を射出する照明光学系であって、
光源部と、
輪郭形状が、長さの異なる第１と第２の対角線を有する四辺形である複数の第１の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記複数の第１の小レンズに対応する複数の第２の小レンズを有する第２のレンズアレイと、を備え、
かつ、前記光源部と前記第１のレンズアレイとの間に、第１の集光レンズと、複数の色フィルタが回転可能に形成されたカラーホイールと、第２の集光レンズとを順に備え、
前記四辺形は、前記第１のレンズアレイから前記光照射面に入射する照明光によって照明される四辺形状の照明領域の２つの対角線の長さの比が、前記第１と第２の対角線の比よりも１に近くなるように設定されている、
照明光学系。
【請求項６】
略矩形状の光照射面に照射された照明光の射出方向を画像情報に応じて制御することにより、画像を表す画像光を射出する光変調装置に対して、前記光照射面に照射された照明光の中心軸が前記光照射面に所定の角度で斜めに入射するように、前記照明光を射出する照明光学系であって、
光源部と、
輪郭形状が、長さの異なる第１と第２の対角線を有する四辺形である複数の第１の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記複数の第１の小レンズに対応する複数の第２の小レンズを有する第２のレンズアレイと、を備え、
かつ、前記第２のレンズアレイと所定の光照射面との間に、第１の集光レンズと、複数の色フィルタが回転可能に形成されたカラーホイールと、第２の集光レンズとを順に備え、
前記四辺形は、前記第１のレンズアレイから前記光照射面に入射する照明光によって照明される四辺形状の照明領域の２つの対角線の長さの比が、前記第１と第２の対角線の比よりも１に近くなるように設定されている、
照明光学系。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の照明光学系であって、
前記第１のレンズアレイの複数の第１の小レンズの少なくとも一部は、偏心レンズである、照明光学系。
【請求項８】
請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の照明光学系であって、
前記第２のレンズアレイの複数の第２の小レンズの少なくとも一部は、偏心レンズである、照明光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明光を射出する照明光学系および投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投写型表示装置では、照明光から、電気光学装置を用いて画像を表す画像光を形成し、この画像光を投写することにより画像を表示している。この電気光学装置として、照明光を画像情報（画像信号）に応じて変調し、画像を表す画像光を射出する光変調装置（射出方向制御型光変調装置）が利用されている。この光変調装置の例として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（テキサス・インスツルメンツ（ＴＩ）社の登録商標である。以下、「ＤＭＤ」と呼ぶ。）のようなマイクロミラー型光変調装置があげられる。
【０００３】
ＤＭＤは、画像を構成する複数の画素に対応する複数のマイクロミラーを有している。複数のマイクロミラーはそれぞれ画像情報に応じてその傾きが変化し、各マイクロミラーの傾きに応じて光を反射する。各マイクロミラーで反射された光のうち、所定の方向に反射された光が、画像光として利用される。すなわち、ＤＭＤは、光の反射方向を制御して画像光を形成するタイプの電気光学装置である。
【０００４】
図１３は、マイクロミラー型光変調装置を用いた従来の投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。この投写型表示装置５０００は、照明光学系１００Ｅと、マイクロミラー型光変調装置２００と、投写レンズ３００と、を備えている。
【０００５】
照明光学系１００Ｅは、光源部１１０と、第１のコンデンサーレンズ（集光レンズ）１２０と、カラーホイール１３０と、透光性ロッド１８０Ａと、第２のコンデンサーレンズ１９０と、を備えている。
【０００６】
光源部１１０から射出された光は、第１のコンデンサーレンズ１２０とカラーホイール１３０と透光性ロッド１８０Ａと第２のコンデンサーレンズ１９０とを通過して２００を通過してマイクロミラー型光変調装置２００に入射する。マイクロミラー型光変調装置２００に入射した光は、マイクロミラー型光変調装置２００に与えられた画像信号に応じて変調される。マイクロミラー型光変調装置２００で変調された光は、画像を表す光（画像光）として投写レンズ３００を介して投写され、これにより画像が表示される。
【０００７】
光源部１１０から射出された光は、その照度分布が一様でない場合が多い。このような光を照明光としてそのまま利用した場合には、表示される画像の明るさも、照明光の照度分布に応じて一様でない場合が多い。しかし、投写型表示装置によって表示される画像は、その明るさが一様で明るいほうが好ましい。そこで、従来からこの問題を解決するために、照明光学系１００Ｅのように透光性ロッド１８０Ａが用いられる場合が多い。この透光性ロッド１８０Ａは、入射する光の照度分布が一様でない場合においても、照度分布が一様な光を射出する機能を有する光学要素である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、透光性ロッド１８０Ａは、透光性ロッド１８０Ａの入射側側面１８０ＡＩから入射した光が、透光性ロッド１８０Ａの内面で反射を繰り返しながら透光性ロッド１８０Ａ内を通過することにより、射出面側側面１８０ＡＯから射出する光の照度分布を一様にする光学要素である。従って、透光性ロッド１８０Ａから射出された光の照度分布を一様とするためには、透光性ロッド１８０Ａに入射した光を透光性ロッド１８０Ａの内面で数多く反射させることが要求される。すなわち、透光性ロッド１８０Ａは、光源部１１０から射出される光の照度分布に応じた長さが必要であり、その長さが長ければ長いほど好ましいことになる。この結果、透光性ロッドを用いた照明光学系を利用した投写型表示装置は、一般的に、照明光学系の光路の長さ（光源からマイクロミラー型光変調装置までの光路の物理的な長さ）が長くなり、装置の小型化が難しいという問題がある。
【０００９】
ところで、投写型表示装置によって表示される画像の明るさは、照明光学系から射出された光によって照射される照明領域の照度に大きく依存する。すなわち、同じ光量の照明光を射出する照明光学系ならば、照明光で照射される照明領域の面積が小さいほど照度が高くなり、投写型表示装置によって表示される画像が明るくなる。したがって、投写型表示装置の照明光学系は、電気光学装置の光照射面への照明効率が高いことが好ましい。しかし、ＤＭＤのような光変調装置（射出方向制御型光変調装置）を投写型表示装置の電気光学装置として利用する場合、照明光学系と光変調装置との位置関係によって、照明光学系の照明効率が低くなるという問題がある。また、この問題は、光照射面（複数の画素を含む）に照射された照明光の射出方向を画像情報に応じて（画素ごとに）制御することにより、画像を表す画像光を射出する光変調装置に共通する問題である。
【００１０】
この発明は、光照射面に照射された照明光の射出方向を画像情報に応じて画素ごとに制御することにより、画像を表す画像光を射出する光変調装置（射出方向制御型光変調装置）を用いた投写型表示装置において、照明光学系の光路の長さ（光源から射出方向制御型光変調装置までの光路の物理的な長さ）を従来に比べて短くして、投写型表示装置の小型化を図る技術を提供することを第１の目的とする。また、照明光学系の照明効率の向上を図る技術を提供することを第２の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第１の装置は、
照明光を射出する照明光学系と、
前記照明光学系から射出された照明光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置から射出された光を投写する投写光学系と、を備えた投写型表示装置であって、
前記光変調装置は、与えられた画像信号に応じて前記光変調装置の光照射面に照射された照明光の射出方向を制御して前記照明光を変調することにより、画像を表す画像光を射出する射出方向制御型光変調装置であり、
前記照明光学系は、
光源部と、
輪郭形状が、長さの異なる第１と第２の対角線を有する四辺形である複数の第１の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記複数の第１の小レンズに対応する複数の第２の小レンズを有する第２のレンズアレイと、を備え、
かつ、前記光源部と前記第１のレンズアレイとの間に、第１の集光レンズと、複数の色フィルタが回転可能に形成されたカラーホイールと、第２の集光レンズとを順に備え、
前記照明光学系によって前記光変調装置に照射された照明光の中心軸が、前記光変調装置に所定の角度で斜めに入射するように設定されており、
前記四辺形は、前記第１のレンズアレイから前記光照射面に入射する照明光によって照明される四辺形状の照明領域の２つの対角線の長さの比が、前記第１と第２の対角線の比よりも１に近くなるように設定されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の装置は、
照明光を射出する照明光学系と、
前記照明光学系から射出された照明光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置から射出された光を投写する投写光学系と、を備えた投写型表示装置であって、
前記光変調装置は、与えられた画像信号に応じて前記光変調装置の光照射面に照射された照明光の射出方向を制御して前記照明光を変調することにより、画像を表す画像光を射出する射出方向制御型光変調装置であり、
前記照明光学系は、
光源部と
輪郭形状が、長さの異なる第１と第２の対角線を有する四辺形である複数の第１の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記複数の第１の小レンズに対応する複数の第２の小レンズを有する第２のレンズアレイと、を備え、
かつ、前記第２のレンズアレイと前記光変調装置との間に、第１の集光レンズと、複数の色フィルタが回転可能に形成されたカラーホイールと、第２の集光レンズとを順に備え、
前記照明光学系によって前記光変調装置に照射された照明光の中心軸が、前記光変調装置に所定の角度で斜めに入射するように設定されており、
前記四辺形は、前記第１のレンズアレイから前記光照射面に入射する照明光によって照明される四辺形状の照明領域の２つの対角線の長さの比が、前記第１と第２の対角線の比よりも１に近くなるように設定されていることを特徴とする。
【００１３】
なお、各投写型表示装置において、
前記第１のレンズアレイの複数の第１の小レンズの少なくとも一部は、偏心レンズであることが好ましい。
【００１４】
また、前記第２のレンズアレイの複数の第２の小レンズの少なくとも一部は、偏心レンズであることも好ましい。
【００１５】
本発明の第３の装置は、
略矩形状の光照射面に照射された照明光の射出方向を画像情報に応じて制御することにより、画像を表す画像光を射出する光変調装置に対して、前記光照射面に照射された照明光の中心軸が前記光照射面に所定の角度で斜めに入射するように、前記照明光を射出する照明光学系であって、
光源部と、
輪郭形状が、長さの異なる第１と第２の対角線を有する四辺形である複数の第１の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記複数の第１の小レンズに対応する複数の第２の小レンズを有する第２のレンズアレイと、を備え、
かつ、前記光源部と前記第１のレンズアレイとの間に、第１の集光レンズと、複数の色フィルタが回転可能に形成されたカラーホイールと、第２の集光レンズとを順に備え、
前記四辺形は、前記第１のレンズアレイから前記光照射面に入射する照明光によって照明される四辺形状の照明領域の２つの対角線の長さの比が、前記第１と第２の対角線の比よりも１に近くなるように設定されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第４の装置は、
略矩形状の光照射面に照射された照明光の射出方向を画像情報に応じて制御することにより、画像を表す画像光を射出する光変調装置に対して、前記光照射面に照射された照明光の中心軸が前記光照射面に所定の角度で斜めに入射するように、前記照明光を射出する照明光学系であって、
光源部と、
輪郭形状が、長さの異なる第１と第２の対角線を有する四辺形である複数の第１の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記複数の第１の小レンズに対応する複数の第２の小レンズを有する第２のレンズアレイと、を備え、
かつ、前記第２のレンズアレイと所定の光照射面との間に、第１の集光レンズと、複数の色フィルタが回転可能に形成されたカラーホイールと、第２の集光レンズとを順に備え、
前記四辺形は、前記第１のレンズアレイから前記光照射面に入射する照明光によって照明される四辺形状の照明領域の２つの対角線の長さの比が、前記第１と第２の対角線の比よりも１に近くなるように設定されていることを特徴とする。
【００１７】
なお、各照明光学系において、
前記第１のレンズアレイの複数の第１の小レンズの少なくとも一部は、偏心レンズであることが好ましい。
【００１８】
また、前記第２のレンズアレイの複数の第２の小レンズの少なくとも一部は、偏心レンズであることも好ましい。
【００１９】
上記各装置においては、四辺形状の照明領域の輪郭形状を略矩形状に近づけることができる。したがって、照明光の照明効率を向上させることができる。
【００２０】
【発明の他の態様】
この発明は、以下のような他の態様も含んでいる。すなわち、光源部と、前記光源部からの射出光を複数の部分光線束に分割するための光学要素と、を備えた照明光学系であって、
前記光学要素の射出面の輪郭形状は、長さの異なる第１と第２の対角線を有する四辺形であり、
前記四辺形は、前記光学要素によって照射される四辺形状の照明領域の２つの対角線の長さの比が、前記第１と第２の対角線の比よりも１に近くなるように設定されている態様である。
【００２１】
上記照明装置によれば、光学要素によって照射される四辺形状の照明領域の輪郭形状を略矩形状に近づけることができる。したがって、照明光の照明効率を向上させることができる。
【００２２】
上記照明光学系の態様では、
それぞれが前記光学要素に相当する複数の第１の小レンズを有し、前記光源部からの射出光を複数の部分光線束に分割する第１のレンズアレイと、
前記複数の第１の小レンズに対応する複数の第２の小レンズを有する第２のレンズアレイと、を備えることこともできる。
【００２３】
こうすれば、複数の部分光線束それぞれの照明効率を向上させることができるとともに、照明光の照度分布を均一にすることができる。
【００２４】
なお、前記複数の第１の小レンズは、平行四辺形状の輪郭を有するレンズである、ようにしてもよい。
【００２５】
こうすれば、複数の第１の小レンズを隙間なく敷き詰め配列することができるので、第１のレンズアレイに入射する光源部からの射出光を、より有効に複数の部分光線束に分割して利用することができる。
【００２６】
ここで、前記第１のレンズアレイの複数の第１の小レンズの少なくとも一部は、偏心レンズであるようにしてもよい。
【００２７】
また、前記第２のレンズアレイの複数の第２の小レンズの少なくとも一部は、偏心レンズであるようにしてもよい。
【００２８】
第１のレンズアレイの複数の第１の小レンズの少なくとも一部と、第２のレンズアレイの複数の第２の小レンズの少なくとも一部との少なくとも一方が、これに入射する光の方向に応じて設定された偏心レンズであれば、これから射出する部分光線束を効率良く照射することができる。
【００２９】
上記照明光学系の態様は、
前記光源部と前記第１のレンズアレイとの間に、第１の集光レンズと、複数の色フィルタが回転可能に形成されたカラーホイールと、第２の集光レンズとを順に備えることも可能である。
【００３０】
また、前記照明光学系の態様は、前記第２のレンズアレイと所定の光照射面との間に、第１の集光レンズと、複数の色フィルタが回転可能に形成されたカラーホイールと、第２の集光レンズとを順に備えるようにしてもよい。
【００３１】
これらのようにすれば、カラー画像を表示する投写型表示装置を構成する光学系の小型化をより促進することが可能である。
【００３２】
なお、前記照明光学系の態様は、
前記光学要素に相当する透光性ロッド、を備えることも可能である。
【００３３】
このようにしても、照明光の照明効率を向上させることができるとともに、照明光の照度分布を均一にすることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の各実施例を説明する。尚、以下の各実施例においては、特に断りのない限り、互いに直交する３つの方向を便宜的に光の進行方向をｚ軸方向（光軸と平行な方向）とし、ｚ軸方向から見て１２時の方向をｙ軸方向（縦方向）とし、３時の方向をｘ軸方向（横方向）とする。
【００３５】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例における投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。この投写型表示装置１０００Ａは、照明光学系１００Ｄと、マイクロミラー型光変調装置２００と、投写レンズ３００と、を備えている。マイクロミラー型光変調装置２００と、投写レンズ３００とは、それぞれの中心軸２００ａｘ，３００ａｘが一致するように配置されている。
【００３６】
照明光学系１００Ｄは、マイクロミラー型光変調装置２００を照明する光の入射角の制約から、照明光学系の中心軸１００Ｄａｘが、マイクロミラー型光変調装置２００の中心軸（光照射面２０２の法線）２００ａｘに対して所定の傾きを有するように配置されている。ここで、「光照射面」は、照射された光を画像光として利用可能な領域、すなわち、後述するマイクロミラーが形成されている領域である狭義の光照射面を示す。ただし、以下では、マイクロミラーが形成されている領域の外側も含む光が照射される領域の全体を光照射面と呼ぶ場合もある。なお、「所定の傾き」については、第１実施例において特に問題ではないため説明を省略するが、第２実施例において詳述する。
【００３７】
照明光学系１００Ｄは、光源部１１０と、第１のコンデンサーレンズ（集光レンズ）１２０と、カラーホイール１３０と、第２のコンデンサーレンズ（集光レンズ）１４０と、第１のレンズアレイ１５０Ｄと、第２のレンズアレイ１６０Ｄと、重畳レンズ１７０と、を備えている。これらの光学要素１１０，１２０，１３０，１４０，１５０Ｄ，１６０Ｄ，１７０は、照明光学系１００Ｄの中心軸１００Ｄａｘに沿って順に配置されている。
【００３８】
光源部１１０は、光源ランプ１１２と凹面鏡１１４とを有している。光源ランプ１１２は、放射状の光線を射出する放射光源である。光源ランプ１１２としては、メタルハライドランプや高圧水銀灯などの高圧放電灯が用いられる。凹面鏡１１４は、光源ランプ１１２からの放射光線が反射されて第１のコンデンサーレンズ１２０に入射するように、開口部１１６から集光光として射出する楕円面凹面鏡である。凹面鏡１１４としては、光源ランプ１１２からの放射光線を反射し、略平行光として射出する放物面鏡を用いるようにしてもよい。この場合には、略平行光を第１のコンデンサーレンズ１２０に入射させるように、光源部１１０と、コンデンサーレンズ１２０との間に、別のコンデンサーレンズを付加するようにしてもよい。
【００３９】
第１のコンデンサーレンズ１２０は、カラーホイール１３０に照射される光スポットを小さくするために、光源部１１０からの光をカラーホイール１３０の近傍に集光させるための光学要素である。
【００４０】
図２は、カラーホイール１３０を光源部１１０側から見た正面図である。カラーホイール１３０は、回転方向に沿って区切られた３つの扇形の領域に３つの透過型色フィルタ１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂが形成されたものである。第１の色フィルタ１３０Ｒは、赤色の波長領域の光（以下、「赤色光Ｒ」と呼ぶ）を透過し、他の波長領域の光を反射または吸収する機能を有している。同様に、第２および第３の色フィルタ１３０Ｇ，１３０Ｂは、それぞれ緑色、青色の波長領域の光（以下、それぞれ「緑色光Ｇ」、「青色光Ｂ」と呼ぶ）を透過し、他の波長領域の光を反射または吸収する機能を有している。色フィルタは、例えば誘電体多層膜や、染料を用いて形成されたフィルタ板などにより構成される。
【００４１】
カラーホイール１３０は、第１のコンデンサーレンズ１２０によって集光された光スポットＳＰがカラーホイール１３０の中心軸１３０ａｘからずれた所定の周辺位置を照射するように配置されている。そして、カラーホイール１３０は、図示しないモータによって回転軸１３０ａｘを中心に一定速度で回転する。このとき、光スポットＳＰは、カラーホイール１３０の回転に応じて、色フィルタ１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂの各領域を一定間隔で循環的に照射する。この結果、カラーホイール１３０を透過する光は、カラーホイール１３０の回転に応じて、赤色光Ｒ，緑色光Ｇ，青色光Ｂと循環的に変化する。
【００４２】
図１の第２のコンデンサーレンズ１４０は、カラーホイール１３０を透過した光を第１のレンズアレイ１５０Ｄに入射するように集光する機能を有している。本実施例では、第２のコンデンサーレンズ１４０は、カラーホイール１３０を透過する発散光が略平行光となるように設定されている。
【００４３】
第１のレンズアレイ１５０Ｄは、複数の第１の小レンズ１５２Ｄで構成されたレンズアレイである。この第１のレンズアレイ１５０Ｄは、第２のコンデンサーレンズ１４０から射出された略平行光を複数の第１の小レンズ１５２に対応する複数の部分光線束に分割するとともに、各部分光線束をそれぞれ第２のレンズアレイ１６０Ｄの近傍で集光させる機能を有している。
【００４４】
図３は、第１のレンズアレイ１５０Ｄの光の入射面側から見た正面図と、上面図と、側面図である。図３（Ａ）に示すように、第１のレンズアレイ１５０Ｄは、略矩形状の同心レンズである第１の小レンズ１５２ＤがＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。なお、図３は、Ｍ＝４，Ｎ＝３の例を示している。「同心レンズ」とは、レンズの幾何学的な中心と光学的な中心とが一致しているレンズを意味する。
【００４５】
第２のレンズアレイ１６０Ｄは、第１のレンズアレイ１５０Ｄの各第１の小レンズ１５２Ｄに対応する第２の小レンズ１６２Ｄを備えている。第２のレンズアレイ１６０Ｄは、第１のレンズアレイ１５０Ｄの像を重畳レンズ１７０を介してマイクロミラー型光変調装置２００の照射面上に結像させる機能を有している。なお、第２のレンズアレイ１６０Ｄの各第２の小レンズ１６２Ｄは、第１のレンズアレイ１５０Ｄから射出された対応する各部分光線束が入射可能であれば、どのような形状をとることも可能である。本実施例では、第１のレンズアレイ１５０Ｄとレンズ面（凸面）の向きのみが異なるレンズアレイを用いている。
【００４６】
重畳レンズ１７０は、第２のレンズアレイ１６０から射出された複数の部分光線束を、マイクロミラー型光変調装置２００の照射面上で重畳する機能を有している。
【００４７】
第１のレンズアレイレンズアレイ１５０Ｄから射出された複数の部分光線束は、第２のレンズアレイ１６０Ｄおよび重畳レンズ１７０を通過してそれぞれマイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２を照明する。これにより、光源部１１０から射出される光に照度分布がある場合においても、光照射面２０２は均一に照明される。
【００４８】
マイクロミラー型光変調装置２００は、光照射面に照射された照明光を画像信号（画像情報）に応じて各画素に対応するマイクロミラーで反射することにより、画像を表す画像光を投写レンズ３００の方に射出する光変調装置である。マイクロミラー型光変調装置２００から射出された画像光は投写レンズ３００を介して投写されて画像が表示される。
【００４９】
以上説明したように、本実施例の投写型表示装置１０００Ａの照明光学系１００Ｄは、従来の照明光学系１００Ｅ（図１４）の透光性ロッド１８０Ａと同様の機能を、第１のレンズアレイ１５０Ｄと第２のレンズアレイ１６０Ｄと重畳レンズ１７０とで構成されるインテグレータ光学系によって実現されている。
【００５０】
第１のレンズアレイ１５０Ｄからマイクロミラー型光変調装置２００までの光路の物理的な長さは、第１のレンズアレイ１５０Ｄと第２のレンズアレイ１６０Ｄと重畳レンズ１７０の各光学要素の焦点距離の関係によって決定することができ、光源部１１０から射出される光の照度分布に依存しない。また、各光学要素の焦点距離は、ある程度自由に設定可能である。従って、従来例で説明したように、照度分布に依存した照明光学系の光路の長さを有する照明光学系を利用する場合に比べて、照明光学系の光路の長さを短くすることができる。これにより、従来に比べて投写型表示装置の小型化が可能である。
【００５１】
なお、本実施例では、第１のレンズアレイ１５０Ｄの複数の第１の小レンズ１５２Ｄを略矩形状のレンズとした場合を例に説明しているが、これに限定されるものではなく、五角形や六角形の輪郭形状を有するレンズであってもよい。すなわち、光源部１１０から射出された光を複数の部分光線束に分割することができる形状であればよい。
【００５２】
また、第２のレンズアレイ１６０Ｄの第２の小レンズ１６２Ｄは、第１のレンズアレイ１５０Ｄの第１の小レンズ１５２Ｄと同様に、同心レンズで構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、以下に示す変形が可能である。
【００５３】
図４は、第２のレンズアレイ１６０Ｄの変形例を示す正面図である。図４に示す第２のレンズアレイ１６０Ｄ’は、第２の小レンズ１６２Ｄ’が、偏心レンズで構成されている。「偏心レンズ」とは、レンズの光学的な中心（＋印で示す）が幾何学的な中心（・印で示す）の位置からずれているレンズを意味している。
【００５４】
図１の重畳レンズ１７０の球面収差によって、第１のレンズアレイ１５０Ｄによって分割された複数の部分光線束がマイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２上で効率よく重畳されずに、照明効率が低下する場合がある。このような場合、図４に示すような第２のレンズアレイ１６０Ｄ’を用いることにより、重畳レンズ１７０の球面収差の影響を抑制することができるので、複数の部分光線束をマイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２上で効率良く重畳することができ、照明効率の低下を抑制することができる。
【００５５】
また、第１のレンズアレイ１５０Ｄに入射する光の平行性が悪い場合にもマイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２に対する照明効率が低下する場合がある。このような場合には、第１のレンズアレイ１５０Ｄの第１の小レンズ１５２Ｄを偏心レンズで構成することにより、照明効率の低下を抑制することもできる。
【００５６】
さらに、第１のレンズアレイ１５０Ｄおよび第２のレンズアレイ１６０Ｄを偏心レンズで構成するようにしてもよい。
【００５７】
また、上記実施例の投写型表示装置１０００Ａでは、投写レンズ３００の中心軸３００ａｘをマイクロミラー型光変調装置２００の中心軸２００ａｘに一致させるように配置する例を示しているが、これに限定されるものではない。投写レンズ３００の中心軸３００ａｘをマイクロミラー型光変調装置２００の中心軸２００ａｘからずらして配置するようにしてもよい。このようにすれば、あおり投写を実現することができる。
【００５８】
また、上記実施例の投写型表示装置１０００Ａでは、カラーホイール１３０として、回転方向に沿って３等分された領域に３つの透過型色フィルタ１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂが形成された例を示しているがこれに限定されるものではない。例えば、３等分ではなく、カラーバランスに応じて分割する面積を変えても良い。また、３分割ではなく、赤，緑，青、赤，緑，青の６分割にしてもよい。あるいは、４分割にして、その一つを無色透明としてもよい。この場合カラーホイールの回転を止めて、無色透明の領域のみを光源部１１０からの光が通過するようにすれば、モノクロ画像を表示することができる。また、赤、緑、青の３色の色フィルタではなく、カラー画像を表示できる色、例えば、シアン、マゼンダ、イエローの３色の色フィルタを用いるようにしてもよい。なお、本発明において、「色フィルタ」は、特定の波長領域の光を透過し、他の波長領域の光を反射または吸収する機能を有するものだけでなく、各波長領域の光を透過する機能（透明の領域の機能）を有するものも含む。
【００５９】
また、上記実施例の投写型表示装置１０００Ａは、カラーホイール１３０を備えて、カラー画像を表示する装置であるが、カラーホイール１３０を省略して、モノクロ画像を表示するようにしてもよい。この場合には、第１のコンデンサーレンズ１２０や第２のコンデンサーレンズ１４０も省略することができる。また、光源部１１０の凹面鏡１１４を放物面鏡とし、第１のレンズアレイ１５０Ｄに略平行光を入射させるようにすればよい。
【００６０】
なお、各光学要素１２０，１４０，１５０Ｄ，１６０Ｄ，１７０のレンズ面（凸面や凹面）の向きは、図１に示した向きに限定されるものではない。それぞれ逆の向きにすることもできるし、各光学要素のレンズ面の向きの組み合わせも任意である。また、各光学要素１２０，１４０，１５０Ｄ，１６０Ｄ，１７０，３００は、複数のレンズを組み合わせた複合レンズによって構成することもできる。また、隣り合う光学要素を貼り合わせて一体化することもできる。例えば、第２のコンデンサーレンズ１４０と第１のレンズアレイ１５０Ｄとを貼り合わせて一体化することができる。また、第２のレンズアレイ１６０Ｄと重畳レンズ１７０とを貼り合わせて一体化することもできる。また、複数の光学要素を、１つの光学要素に置き換えることも可能である。例えば、第２のレンズアレイ１６０Ｄに重畳レンズ１７０の機能を持たせて、重畳レンズ１７０を省略することができる。また、いずれかの光学要素を省略することも可能である。例えば、第１のコンデンサーレンズ１２０や第２のコンデンサーレンズ１４０を省略することもできる。
【００６１】
また、マイクロミラー型光変調装置２００と投写レンズ３００との間に、内部反射を利用したプリズムを備えて、照明光学系１００Ｃから射出された照明光をマイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２に全反射させるとともに、マイクロミラー型光変調装置２００から射出された画像光を透過して、投写レンズ３００の方向に射出するようにしてもよい。
【００６２】
なお、上記各変形は、以下の各実施例においても適用可能である。
【００６３】
Ｂ．第２実施例：
図５は、本発明の第２実施例における投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。この投写型表示装置１０００は、照明光学系１００と、マイクロミラー型光変調装置２００と、投写レンズ３００と、を備えている。第１実施例の投写型表示装置１０００Ａとの違いは、照明光学系１００Ｄを照明光学系１００に置き換えた点であり、その他の点に付いては第１実施例と同様である。第１実施例と同様の構成については同番号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６４】
照明光学系１００は、第１実施例においても述べたように、マイクロミラー型光変調装置２００を照明する光の入射角の制約から、照明光学系の中心軸１００ａｘが、マイクロミラー型光変調装置２００の中心軸（光照射面２０２の法線）２００ａｘに対して所定の傾きを有するように配置されている。
【００６５】
第１のレンズアレイ１５０は、複数の小レンズ１５２で構成されたレンズアレイである。この第１のレンズアレイ１５０は、第１のレンズアレイ１５０Ｄ（図１）と同様に、第２のコンデンサーレンズ１４０から射出された略平行光を複数の小レンズ１５２に対応する複数の部分光線束に分割するとともに、各部分光線束をそれぞれ第２のレンズアレイ１６０の近傍で集光させる機能を有している。
【００６６】
図６は、第１のレンズアレイ１５０の光の入射面側から見た正面図と、上面図と、側面図である。図６（Ａ）に示すように、第１のレンズアレイ１５０は、小レンズ１５２がＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。なお、図６は、Ｍ＝４，Ｎ＝３の例を示している。小レンズ１５２の輪郭は、２つの対角線のうち、左下と右上の頂点を結ぶレンズ対角線１５２ＣＲ１の長さが、左上と右下の頂点を結ぶレンズ対角線１５２ＣＲ２の長さよりも長い平行四辺形である。また、各小レンズ１５２は、互いの辺が接する状態で密に配置されている。したがって、第１のレンズアレイ１５０のレンズ全体としての輪郭も小レンズ１５２の辺と平行な辺で構成される平行四辺形である。なお、第１のレンズアレイ１５０の形状については、さらに後述する。
【００６７】
第２のレンズアレイ１６０は、第１のレンズアレイ１５０の各小レンズ１５２に対応する小レンズ１６２を備えている。第２のレンズアレイ１６０は、第２のレンズアレイ１６０Ｄ（図１）と同様に、第１のレンズアレイ１５０の像を重畳レンズ１７０を介してマイクロミラー型光変調装置２００の照射面上に結像させる機能を有している。なお、第２のレンズアレイ１６０の各小レンズ１６２は、第１のレンズアレイ１５０から射出された対応する各部分光線束が入射可能であれば、平行四辺形以外の形状をとることも可能である。本実施例では、第１のレンズアレイ１５０とレンズ面（凸面）の向きのみが異なるレンズアレイを用いている。
【００６８】
マイクロミラー型光変調装置２００は、光照射面に照射された照明光を画像情報（画像信号）に応じて各画素に対応するマイクロミラーで反射することにより、画像を表す画像光を投写レンズ３００の方に射出する光変調装置である。図７は、マイクロミラー型光変調装置２００の例であるＤＭＤについて示す説明図である。図４（Ａ）に示すように、ＤＭＤ２００の光照射面２０２上には、略正方形の輪郭を有する複数のマイクロミラー２０４がマトリクス状に形成されている。各マイクロミラー２０４は、左下と右上の頂点を結ぶ対角線を回動軸２０４ｃとして所定の角度範囲で回動可能に形成されている。これらのマイクロミラー２０４は、画像を構成する各画素に対応する。
【００６９】
ここで、説明を容易にするため、光照射面２０２に照射される照明光は、これを代表する中心光線（入射光線）ＩＲで示すこととする。また、照明光ＩＲの光照射面２０２への入射位置を通り、ｘ軸に平行な水平方向軸をｈ、ｙ軸に平行な垂直方向軸をｖとする。装置の構成を容易にするためには、ＤＭＤ２００に照射される照明光ＩＲは、各マイクロミラー２０４の回動軸２０４ｃに垂直な入射面を有するようにすることが好ましい。このため、ＤＭＤ２００に照射される照明光ＩＲは、図７（Ａ）に示すように、光照射面２０２に平行なｘｙ平面上に投影される照明光ＩＲの光路の水平軸ｈに対する傾きθｈが約４５度となるように右斜め下方向から入射される。また、図７（Ｂ）に示すように、照明光ＩＲは、光照射面２０２に垂直で照明光ＩＲの光路を含む面内において、光照射面２０２への入射角θＬが約２０度となるように入射される。
【００７０】
図７（Ｃ）は、マイクロミラー２０４への入射光とその反射光とを含む入射面、すなわち、回動軸２０４ｃに垂直な断面における光路を示している。マイクロミラー２０４は、光照射面２０２に平行な平面Ｆ（図７（Ｃ）に破線で示す）に対して、回動軸２０４ｃを中心に約±（θＬ／２）度（≒±１０度）回動する。なお、時計周りに沿った角度を正とする。照明光ＩＲは、上述したように、平面Ｆの法線Ｆｎから＋θＬ（≒＋２０度）傾いた方向からマイクロミラー２０４に入射する。
【００７１】
マイクロミラー２０４が平面Ｆに対して＋（θＬ／２）だけ傾いた状態の場合、照明光ＩＲは、照明光ＩＲから−θＬだけ傾いた方向、すなわち、法線Ｆｎに平行な方向に反射光ＲＲ（＋θＬ／２）として射出される。マイクロミラー２０４が−（θＬ／２）だけ傾いた状態の場合、照明光ＩＲは、照明光ＩＲから−（３・θＬ）だけ傾いた方向に反射光ＲＲ（−θＬ／２）として射出される。このように、マイクロミラー２０４に照射された照明光ＩＲは、マイクロミラー２０４の回動角度に応じて異なった方向に反射して射出される。例えば、反射光ＲＲ（＋θＬ／２）の方向に投写レンズを配置すると、反射光ＲＲ（＋θＬ／２）のみが画像光として利用される。これにより、マイクロミラー２０４が＋（θＬ／２）だけ傾いた状態において、反射光が投写レンズを介して投写されて明表示が実現され、マイクロミラー２０４が−（θＬ／２）だけ傾いた状態において、反射光が投写レンズを介して投写されず暗表示が実現される。中間の階調は、１つの画素が画像を描画する一定時間のうち、階調に応じて明と暗の表示の割合を制御する手法（いわゆるパルス幅変調と呼ばれる手法）で実現される。
【００７２】
なお、本実施例の投写型表示装置１０００において投写レンズ３００は、マイクロミラー２０４が＋（θＬ／２）だけ傾いた状態における反射光を画像光として利用するように配置されている。これにより、画像情報に応じてマイクロミラー型光変調装置２００から射出された画像光が投写レンズ３００を介して投写され、画像が表示される。
【００７３】
また、照明光学系１００からは、カラーホイール１３０の回転に応じて赤色光Ｒと、緑色光Ｇと、青色光Ｂとが一定間隔で循環的に射出される。このとき、マイクロミラー型光変調装置２００の各マイクロミラー２０４を、照射される色光に応じた画像情報に応じて制御することにより、カラー画像を表示させることができる。
【００７４】
本発明の投写型表示装置１０００は、上述したように、第１のレンズアレイ１５０の形状に特徴を有している。すなわち、図６に示すように、第１のレンズアレイ１５０及びこれを構成する複数の小レンズ１５２の輪郭が、平行四辺形である点に特徴を有している。第１のレンズアレイ１５０を上記のような形状としているのは、以下の理由による。
【００７５】
マイクロミラー型光変調装置２００には、上述したように、光照射面２０２の法線方向ではなく、法線に対して一定の傾きを有する方向から照明光学系１００の照明光が照射される（図７）。図８は、光照射面２０２上に照射された照明光について示す説明図である。第１のレンズアレイ１５０の小レンズ１５２を仮に略矩形状のレンズで構成したとすると、光照射面２０２を含むように照射された照明光の照明領域ＦＩは略矩形状ではなく、その入射角度に応じて歪んだ形状となる。図７で説明したように右斜め下方向から照明光が照射される場合の照明領域ＦＩは、図８（Ａ）に示すように、左上と右下の頂点を結ぶ対角線ＦＩ２の長さが右上と左下の頂点を結ぶ対角線ＦＩ１の長さよりも長くなるような四辺形となる。このように照明領域ＦＩが略矩形状でなく歪んでいる場合には、光照射面２０２を照射しない無効な光の割合が増加する。このため、照明光学系１００から射出された照明光の照明効率が低下することになる。このような無効な光を低減するためには、照明領域ＦＩが略矩形状となるように、照明光学系１００から射出された照明光の形状をあらかじめ歪ませるようにすればよい。すなわち、図８（Ｂ）に示すように、照明光学系１００から射出された照明光の中心軸に垂直な断面ＲＩの２つの対角線ＲＩ１，ＲＩ２のうち、より長い対角線ＲＩ１が、歪んだ照明領域ＦＩのより長い対角線ＦＩ２に対応し、より短い対角線ＲＩ２が、歪んだ照明領域ＦＩのより短い対角線ＦＩ１に対応するように設定すればよい。換言すれば、照明光学系に、射出面の輪郭形状が、長さの異なる第１と第２の対角線を有する四辺形である光学要素を備えて、この四辺形を、光学要素から射出された照明光が光照射面に所定の角度で斜めに入射する場合に、照明光で照射される四辺形状の照明領域の２つの対角線の長さの比が、第１と第２の対角線の長さの比よりも１に近くなるように設定すればよい。このようにすれば、照明光学系の照明効率を向上させることができる。
【００７６】
本発明の投写型表示装置１０００においては、図６に示すように、照明光学系１００の第１のレンズアレイ１５０を構成する各小レンズ１５２は、平行四辺形の輪郭形状を有している。この平行四辺形の輪郭は、上記照明光の断面ＲＩと同様に、断面対角線ＲＩ２に対応する小レンズ１５２のレンズ対角線１５２ＣＲ２の長さよりも断面対角線ＲＩ１に対応するレンズ対角線１５２ＣＲ１の長さのほうが短い形状を有している。これにより、光照射面２０２を照射しない無効な光を低減するようにすることができる。これにより、各小レンズ１５２から射出された部分光線束の照明効率を向上させることができる。また、小レンズ１５２は、平行四辺形の輪郭を有しているので、各小レンズ１５２を密に敷き詰めて配列することができる。これにより、光源部１１０からの射出光をより有効に利用することができるので、光源部１１０からの射出光の利用効率が良い。なお、この場合において、実際には、照明光学系１００から射出された照明光をより有効に利用可能とするために、２つのレンズアレイ１５０，１６０をそれぞれの中心光軸を中心に回転させて、照明領域の形状を調整することが好ましい。
【００７７】
また、第１のレンズアレイ１５０から射出された各部分光線束の光の利用効率をより向上させるためには、第１のレンズアレイ１５０の各小レンズ１５２の光入射面側から見た形状が、図８（Ｂ）に示す断面ＲＩに相似な形状であることが好ましい。このようにすれば、各小レンズ１５２から射出された部分光線束の照明領域を、略矩形状の光照射面２０２の輪郭により近づけることができるので、各部分光線束の照明効率をより向上させることができる。ただし、この場合、各小レンズ１５２を敷き詰めて配列することができない場合があるので、光源部１１０からの射出光の利用効率が低下する場合がある。
【００７８】
以上説明したように、本発明の投写型表示装置１０００は、マイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２を照明する照明光の無効な光を低減することができるので、照明光学系１００から射出された照明光の照明効率を向上させることができる。また、第１実施例と同様に、照明光学系１００は、第１のレンズアレイ１５０と第２のレンズアレイ１６０と重畳レンズ１７０とで構成されるインテグレータ光学系を備えている。従って、照明光学系１００によってマイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２が均一に照明されるので、明るさの均一な画像を表示することができる。また、照明光学系の光路の長さを従来に比べて短くすることができる。これにより、従来に比べて投写型表示装置の小型化が可能である。
【００７９】
なお、本実施例においては、マイクロミラー型光変調装置２００の例として図３に示すＤＭＤを例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、照明光の入射角度は、マイクロミラー２０４の回動軸の方向や、回動範囲に応じて種々の態様が考えられる。これに応じて、第１のレンズアレイ１５０の小レンズ１５２の形状も種々の態様が考えられる。例えば、光照射面２０２の法線に対する照明光の傾きθＬが図６に示す値よりも大きい場合には、小レンズ１５２の形状は、２つのレンズ対角線の長さの比がより大きな平行四辺形とすることも可能である。また、本実施例では、マイクロミラー型光変調装置としてＤＭＤを適用した場合を例に説明しているが、これに限定されるものでななく、光照射面に照射された照明光を画像情報に応じて反射することにより、画像を表す画像光を射出する種々の射出方向制御型光変調装置を用いることができる。
【００８０】
また、マイクロミラー型光変調装置２００と投写レンズ３００との間に、内部反射を利用したプリズムを備えて、照明光学系１００から射出された照明光をマイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２に全反射させるとともに、マイクロミラー型光変調装置２００から射出された画像光を透過して、投写レンズ３００の方向に射出するようにしてもよい。
【００８１】
なお、上記各変形は、他の各実施例においても適用可能である。
【００８２】
Ｃ．第３実施例：
図９は、本発明の第３実施例における投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。この投写型表示装置２０００は、照明光学系１００Ａと、マイクロミラー型光変調装置２００と、投写レンズ３００と、を備えている。第２実施例の投写型表示装置１０００（図５）との違いは、照明光学系１００を照明光学系１００Ａに置き換えた点であり、その他の点に付いては第２実施例と同様である。第２実施例と同様の構成については同番号を付し、詳細な説明を省略する。
【００８３】
第２実施例の照明光学系１００との違いは、第１のレンズアレイ１５０Ａと第２のレンズアレイ１６０Ａとが、光源部１１０と第１のコンデンサーレンズ１２０Ａとの間に設けられていることである。第１のレンズアレイ１５０Ａは、第１のレンズアレイ１５０（図６）と同様に、平行四辺形の輪郭形状を有する小レンズ１５２Ａを有している。第１のレンズアレイ１５０Ａは、光源部１１０から射出された集光光を複数の部分光線束に分割する。第２のレンズアレイ１６０Ａを構成する各小レンズ１６２Ａは、上述したように、第１のレンズアレイ１５０Ａから射出された部分光線束を含むような構成を有しておればよい。したがって、第２のレンズアレイ１６０Ａは、第１のレンズアレイ１５０Ａよりも小さい形状でよい。なお、各光学要素の機能は、第１のコンデンサーレンズ１２０Ａを除いて同じである。
【００８４】
光源部１１０から射出された光は、第１のレンズアレイ１５０Ａによって複数の部分光線束に分割され、第２のレンズアレイ１６０Ａを介して第１のコンデンサーレンズ１２０Ａに入射する。第１のコンデンサーレンズ１２０Ａは、入射した複数の部分光線束をカラーホイール１３０上で重畳し、光スポットＳＰを形成する機能を有している。カラーホイール１３０から射出された各部分光線束は、第２のコンデンサーレンズ１４０を介して重畳レンズ１７０に入射し、マイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２上で重畳される。
【００８５】
第３実施例の投写型表示装置２０００も、マイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２を照明する照明光の無効な光を低減することができるので、照明光学系１００Ａから射出された照明光の照明効率を向上させることができる。また、第１実施例と同様に、照明光学系１００Ａは、第１のレンズアレイ１５０Ａと第２のレンズアレイ１６０Ａと重畳レンズ１７０とで構成されるインテグレータ光学系を備えている。従って、照明光学系１００Ａによってマイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２が均一に照明されるので、明るさの均一な画像を表示することができる。また、照明光学系の光路の長さを従来に比べて短くすることができる。これにより、従来に比べて投写型表示装置の小型化が可能である。
【００８６】
Ｄ．第４実施例：
図１０は、本発明の第４実施例における投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。この投写型表示装置３０００は、照明光学系１００Ｂと、マイクロミラー型光変調装置２００と、投写レンズ３００と、を備えている。第２実施例の投写型表示装置１０００（図５）との違いは、照明光学系１００を照明光学系１００Ｂに置き換えた点であり、その他の点に付いては第２実施例と同様である。第２実施例と同様の構成については同番号を付し、詳細な説明を省略する。
【００８７】
照明光学系１００Ｂは、光源部１１０と、第１のコンデンサーレンズ１２０と、カラーホイール１３０と、透光性ロッド１８０と、第２のコンデンサーレンズ１９０と、を備えている。第２実施例の照明光学系１００との違いは、２つのレンズアレイ１５０，１６０および重畳レンズ１７０の代わりに、透光性ロッド１８０と、第２のコンデンサーレンズ１９０と、を備えている点である。
【００８８】
照明光は、透光性ロッド１８０の内面で反射を繰り返しながら透光性ロッド１８０内を通過する。この結果、透光性ロッド１８０は、光源部１１０から射出された光の照度分布が一様でない場合においても、照度分布が一様な光を射出側側面１８０Ｏから射出する機能を有している。すなわち、照明光学系１００の第１と第２のレンズアレイ１５０，１６０および重畳レンズ１７０と同様にインテグレータ光学系の機能を有している。第２のコンデンサーレンズ１９０は、透光性ロッド１８０の射出面の像をマイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２上に結像させる機能を有している。
【００８９】
図１１は、透光性ロッド１８０の外観を示す斜視図である。この透光性ロッド１８０は、光源部１１０側から見た輪郭が第１のレンズアレイ１５０の小レンズ１５２（図３）と同様に、平行四辺形である４角柱である。これにより、第４実施例の投写型表示装置３０００も、マイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２を照明する照明光の無効な光を低減することができる。この結果、照明光学系１００Ｂから射出された照明光の照明効率を向上させることができる。また、照明光学系１００Ｂによってマイクロミラー型光変調装置２００の光照射面２０２が均一に照明されるので、明るさの均一な画像を表示することができる。なお、この場合において、実際には、照明光学系１００Ｂから射出された照明光をより有効に利用可能とするために、透光性ロッド１８０をそれぞれの中心光軸を中心に回転させて、照明領域の形状を調整することが好ましい。
【００９０】
また、透光性ロッド１８０を光源部１１０側から見た形状を、図８（Ｂ）に示す断面ＲＩに相似となるようにしてもよい。このようにすれば、透光性ロッド１８０から射出された光の照明領域ＦＩを光照射面２０２の輪郭に相似となるようにすることができる。この結果、透光性ロッド１８０から射出された光による照明効率をより向上させることができる。なお、透光性ロッド１８０は、少なくとも射出面の輪郭のみが、図８（Ｂ）に示す断面ＲＩに相似となるように形成されるようにしてもよい。すなわち、透光性ロッドは、透光性ロッドから射出された光が光照射面に所定の角度で斜めに入射する場合に、照明光で照射される四辺形状の照明領域の２つの対角線の長さの比が、透光性ロッドの少なくとも射出面の２つの対角線の比よりも１に近くなるように設定されればよい。このようにすれば、透光性ロッドから射出された光による照明効率を向上させることができる。
【００９１】
Ｅ．第５実施例：
図１２は、本発明の第５実施例における投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。この投写型表示装置４０００は、照明光学系１００Ｃと、色光分離合成プリズム４００と、３つのマイクロミラー型光変調装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂと、投写レンズ３００と、を備えている。投写型表示装置４０００は、３つのマイクロミラー型光変調装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂと、色光分離合成プリズム４００とを備えている点に特徴を有している。
【００９２】
照明光学系１００Ｃは、光源部１１０Ａと、第１のレンズアレイ１５０と第２のレンズアレイ１６０と、重畳レンズ１７０と、を備えている。図５の照明光学系１００との違いは、光源部１１０を略平行な光を射出する光源部１１０Ａに置き換え、第１のコンデンサーレンズ１２０とカラーホイール１３０と第２のコンデンサーレンズ１４０とを省略したことである。したがって、この照明光学系１００Ｃは、照明光学系１００のように赤色光Ｒ，緑色光Ｇ，青色光Ｂが循環的に射出されるのでなく、各色光を含む照明光を射出する。
【００９３】
光源部１１０Ａは、光源ランプ１１２と、凹面が放物面である凹面鏡（放物面凹面鏡）１１４Ａと、を備え、開口部１１６から略平行な光を射出する。
【００９４】
色光分離合成プリズム４００は、３つのプリズム４２０，４３０，４４０が互いに接合された構成を有している。互いに接合される第１のプリズム４２０の側面４２０Ｒと、第２のプリズム４３０の側面４３０Ｉとの間には、青色光反射膜ＢＦＩＬが形成されている。また、互いに接合される第２のプリズム４３０の側面４３０Ｒと、第３のプリズム４４０の側面４４０Ｉとの間には、赤色光反射膜ＲＦＩＬが形成されている。これらの反射膜ＢＦＩＬ，ＲＦＩＬは、通常、誘電体多層膜で構成される。
【００９５】
第２のプリズム４３０の側面４３０Ｉ，４３０Ｒを除く側面のうち１つの側面４３０Ｏには、赤色光Ｒ用のマイクロミラー型光変調装置２００Ｒが設けられている。第１のプリズム４２０の、照明光学系１００Ｃからの光が入射する側面４２０Ｉと第２のプリズム４３０と接合される側面４２０Ｒを除く側面のうち、マイクロミラー型光変調装置２００Ｒに対向する側面４２０Ｏには、青色光Ｂ用のマイクロミラー型光変調装置２００Ｂが設けられている。第３のプリズム４４０の投写レンズ３００の中心軸３００ａｘに垂直な側面４４０Ｏには、緑色光Ｇ用のマイクロミラー型光変調装置２００Ｇが設けられている。これらのマイクロミラー型光変調装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂは、必ずしも各側面４２０Ｏ，４３０Ｏ，４４０Ｏに接して設けられる必要はない。
【００９６】
照明光学系１００Ｃから射出された、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂを含む光は、第１のプリズム４２０の側面４２０Ｉから入射して青色光反射膜ＢＦＩＬに入射する。なお、説明を容易にするため、色光分離合成プリズム４００以降の光は、その中心光線（一点鎖線）のみが代表して図示されている。
【００９７】
青色光反射膜ＢＦＩＬに入射した光のうち青色光Ｂは、青色光反射膜ＢＦＩＬで反射される。ＢＦＩＬで反射された青色光Ｂは、通常、側面４２０Ｉを透過する光と反射する光に分けられる。側面４２０Ｉで反射された青色光Ｂは、青色光Ｂ用のマイクロミラー型光変調装置２００Ｂに入射する。なお、青色光反射膜ＢＦＩＬで反射された光の側面４２０Ｉへの入射角が大きければ、反射光の割合を多くすることができる。さらに、入射角を臨界角以上とすれば、全反射させることができる。このような入射角の調整は、プリズム４２０の各側面の互いになす角を調整することにより実現できる。
【００９８】
マイクロミラー型光変調装置２００Ｂは、入射した青色光Ｂから青色画像光ＦＢを形成して射出する。マイクロミラー型光変調装置２００Ｂから射出された青色画像光ＦＢは、側面４２０Ｉで反射され、さらに、青色光反射膜ＢＦＩＬで反射されて投写レンズ３００に向けて射出される。マイクロミラー型光変調装置２００Ｂへの青色光Ｂの入射光と同様に、マイクロミラー型光変調装置２００Ｂから射出された青色画像光ＦＢの側面４２０Ｉへの入射角が大きければ、反射光の割合を多くすることができる。さらに、入射角を臨界角以上とすれば、全反射させることができる。
【００９９】
一方、青色光反射膜ＢＦＩＬに入射した光のうち赤色光Ｒおよび緑色光Ｇは、青色光反射膜ＢＦＩＬを透過して第２のプリズム４３０に入射する。第２のプリズム４３０に入射した赤色光Ｒおよび緑色光Ｇは、赤色光反射膜ＲＦＩＬに入射する。赤色光反射膜ＲＦＩＬに入射した光のうち赤色光Ｒは、赤色光反射膜ＲＦＩＬで反射されて、再び青色反射膜ＢＦＩＬに入射する。青色反射膜ＢＦＩＬに再び入射した赤色光Ｒは、通常、青色反射膜ＢＦＩＬを透過するが、その入射角が大きくなると反射する光が増加し、臨界角以上になると全反射される。青色反射膜ＢＦＩＬが形成されている第１と第２のプリズム４２０，４３０の側面４２０Ｒ，４３０Ｉは、青色反射膜ＢＦＩＬに再び入射した赤色光Ｒが反射されるように設定されている。したがって、青色反射膜ＢＦＩＬに再び入射した赤色光Ｒは、青色反射膜ＢＦＩＬで反射されて赤色光Ｒ用のマイクロミラー型光変調装置２００Ｒに入射する。
【０１００】
マイクロミラー型光変調装置２００Ｒは、入射した赤色光Ｒから赤色画像光ＦＲを形成して射出する。マイクロミラー型光変調装置２００Ｒから射出された赤色画像光ＦＲは、青色光反射膜ＢＦＩＬで反射されるように、青色光反射膜ＢＦＩＬに入射して反射される。青色光反射膜ＢＦＩＬで反射された赤色画像光ＦＲは、さらに、赤色光反射膜ＲＦＩＬで反射されて第１のプリズム４２０に入射し、青色画像光ＦＢとともに投写レンズ３００に向けて射出される。
【０１０１】
一方、赤色光反射膜ＲＦＩＬに入射した光のうち緑色光Ｇは、赤色光反射膜ＲＦＩＬを透過して第３のプリズム４４０に入射する。第３のプリズム４４０に入射した緑色光Ｇは、第３のプリズム４４０内を通過して側面４４０Ｏから緑色光Ｇ用のマイクロミラー型光変調装置２００Ｇに入射する。マイクロミラー型光変調装置２００Ｇは、入射した緑色光Ｇから緑色画像光ＦＧを形成して射出する。マイクロミラー型光変調装置２００Ｇから射出された緑色画像光ＦＧは、第２のプリズム４３０を通過して第１のプリズム４２０に入射し、赤色画像光ＦＲおよび青色画像光ＦＢとともに投写レンズ３００に向けて射出される。
【０１０２】
以上により、色光分離合成プリズム４００から、カラー画像を表す赤色画像光ＦＲ，緑色画像光ＦＧ，青色画像光ＦＢが投写レンズ３００に向けて射出される。これにより、カラー画像が投写レンズ３００によって投写される。
【０１０３】
なお、各マイクロミラー型光変調装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂに入射される光は、図８で説明したように、所定の角度で入射される。
【０１０４】
第５実施例の投写型表示装置４０００も、マイクロミラー型光変調装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂの光照射面２０２を照明する照明光の無効な光を低減することができるので、照明光学系１００Ｃから射出された照明光の照明効率を向上させることができる。また、第１実施例と同様に、照明光学系１００Ｃは、第１のレンズアレイ１５０と第２のレンズアレイ１６０と重畳レンズ１７０とで構成されるインテグレータ光学系を備えている。従って、照明光学系１００Ｃによってマイクロミラー型光変調装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂの光照射面２０２が均一に照明されるので、明るさの均一な画像を表示することができる。また、照明光学系の光路の長さを従来に比べて短くすることができる。これにより、従来に比べて投写型表示装置の小型化が可能である。
【０１０５】
また、第５実施例の投写型表示装置４０００は、３つの色光それぞれに対応するマイクロミラー型光変調装置２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂから射出された画像光を合成することにより、カラー画像を表示しているので、第１〜第４実施例の投写型表示装置に比べてちらつきの少ない高精度なカラー画像を表示させることができる。
【０１０６】
なお、本実施例の色光分離合成プリズム４００は、３つのプリズム４２０，４３０，４４０で構成された例を示しているが、これに限定されるものではない。例えば、４つのプリズムで構成されたものであってもよい。すなわち、色光分離合成プリズムは、照明光学系からの光を複数の色光に分離して、分離された各色光を対応する複数のマイクロミラー型光変調装置に所定の角度で入射させるとともに、複数のマイクロミラー型光変調装置から射出された複数の色の画像光を合成して射出するものであればよい。
【０１０７】
また、本実施例の照明光学系としては、第４実施例の照明光学系１００Ｂからカラーホイール１３０を省略したものを用いることもできる。
【０１０８】
なお、本発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【０１０９】
例えば、上記各実施例でマイクロミラー型光変調装置２００として用いられたＤＭＤは、図７に示すように、光照射面２０２に平行なｘｙ平面に投影された照明光ＩＲの光路がｘ軸（水平軸ｈ）に対して右斜め下約４５度の方向を向くように設定され、かつ、照明光ＩＲの光路を含み光照射面２０２に垂直な面内において、照明光ＩＲの光照射面２０２への入射角が約２０度であるという制約を有している場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、照明光ＩＲの光路がｘ軸に対して右斜め下約４５度よりも大きな傾き、あるいは小さな傾きを有する方向を向くように設定される制約を有する場合であってもよい。また、照明光ＩＲの光路を含み光照射面に垂直な面内において、照明光ＩＲの光照射面への入射角が約２０度より小さい、あるいは大きいという制約を有する場合であってもよい。この場合において、照明光学系には、射出面の輪郭形状が、長さの異なる第１と第２の対角線を有する四辺形である光学要素（上記実施例においては、第１のレンズアレイ１５０あるいは透光性ロッド１８０）を備え、この四辺形は、光学要素から射出された照明光が光照射面に所定の角度で斜めに入射する場合に、照明光で照射される四辺形状の照明領域の２つの対角線の長さの比が、第１と第２の対角線の長さの比よりも１に近くなるように設定されていればよい。
【０１１０】
また、上記実施例では、マイクロミラー型光変調装置を用いた投写型表示装置を例に説明しているが、これに限定されるものではなく、各画素に照射された照明光の射出方向を画像情報に応じて制御することにより、画像を表す画像光を射出する種々の光変調装置を用いた投写型表示装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。
【図２】カラーホイール１３０を光源部１１０側から見た正面図である。
【図３】第１のレンズアレイ１５０Ｄの光の入射面側から見た正面図と、上面図と、側面図である。
【図４】第２のレンズアレイ１６０Ｄの変形例を示す正面図である。
【図５】本発明の第２実施例における投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。
【図６】第１のレンズアレイ１５０の光の入射面側から見た正面図と、上面図と、側面図である。
【図７】マイクロミラー型光変調装置２００の例であるＤＭＤについて示す説明図である。
【図８】光照射面２０２上に照射された照明光について示す説明図である。
【図９】本発明の第３実施例における投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。
【図１０】本発明の第４実施例における投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。
【図１１】透光性ロッド１８０の外観を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第５実施例における投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。
【図１３】マイクロミラー型光変調装置を用いた従来の投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。
【符号の説明】
１００…照明光学系
１００Ａ…照明光学系
１００Ｂ…照明光学系
１００Ｃ…照明光学系
１００Ｄ…照明光学系
１００Ｅ…照明光学系
１１０…光源部
１１０Ａ…光源部
１１２…光源ランプ
１１４…凹面鏡（楕円面凹面鏡）
１１４Ａ…凹面鏡（放物面凹面鏡）
１１６…開口部
１２０…コンデンサーレンズ
１２０Ａ…コンデンサーレンズ
１３０…カラーホイール
１３０Ｒ，１３０Ｇ，１３０Ｂ…色フィルタ
１４０…コンデンサーレンズ
１５０…第１のレンズアレイ
１５０Ａ…第１のレンズアレイ
１５０Ｄ…第１のレンズアレイ
１５２…第１の小レンズ
１５２ＣＲ１…レンズ対角線
１５２ＣＲ２…レンズ対角線
１５２Ａ…第１の小レンズ
１５２Ｄ…第１の小レンズ
１６０…第２のレンズアレイ
１６０Ａ…第２のレンズアレイ
１６０Ｄ…第２のレンズアレイ
１６２…第２の小レンズ
１６２Ａ…第２の小レンズ
１６２Ｄ…第２の小レンズ
１７０…重畳レンズ
１８０…透光性ロッド
１８０ＣＲ１…ロッド対角線
１８０ＣＲ２…ロッド対角線
１８０Ａ…透光性ロッド
１９０…コンデンサーレンズ
２００…マイクロミラー型光変調装置
２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂ…マイクロミラー型光変調装置
２０２…光照射面
２０４…マイクロミラー
２０４ｃ…回転軸
３００…投写レンズ
４００…色光分離合成プリズム
４２０，４３０，４４０…プリズム
ＲＦＩＬ…赤色光反射膜
ＢＦＩＬ…青色光反射膜
ＦＩ…照明領域
ＦＩ１…対角線
ＦＩ２…対角線
ＲＩ…照明光の断面
ＲＩ１…断面対角線
ＲＩ２…断面対角線
１０００…投写型表示装置
１０００Ａ…投写型表示装置
２０００…投写型表示装置
３０００…投写型表示装置
４０００…投写型表示装置
５０００…投写型表示装置
【図１】
0003589222.tif 000002
【図２】
0003589222.tif 000003
【図３】
0003589222.tif 000004
【図４】
0003589222.tif 000005
【図５】
0003589222.tif 000006
【図６】
0003589222.tif 000007
【図７】
0003589222.tif 000008
【図８】
0003589222.tif 000009
【図９】
0003589222.tif 000010
【図１０】
0003589222.tif 000011
【図１１】
0003589222.tif 000012
【図１２】
0003589222.tif 000013
【図１３】
0003589222.tif 000014