(57)【要約】【課題】小型かつ高効率な画像投射装置を提供する。【解決手段】画像投射装置は、光源と、反射型画像表示素子と、光源からの光を反射型画像表示素子に導くように設けられた第１の光学素子および第２の光学素子と、第１の光学素子と第２の光学素子との間に設けられ、反射型画像表示素子への入射光と反射型画像表示素子からの反射光との光路を分離する光路分離手段と、反射型画像表示素子により変調された画像光を投射する投射光学系とを有し、反射型画像表示素子の中心を通る法線は、光源および投射光学系を通る光軸に対して平行に偏心しており、第１の光学素子は、光軸に対して、法線の偏心方向と同一の方向に偏心している。【選択図】図１
2015022294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射型画像表示素子と、
光源からの光を前記反射型画像表示素子に導くように設けられた第１の光学素子および第２の光学素子と、
前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間に設けられ、前記反射型画像表示素子への入射光と該反射型画像表示素子からの反射光との光路を分離する光路分離手段と、
前記反射型画像表示素子により変調された画像光を投射する投射光学系と、を有し、
前記反射型画像表示素子の中心を通る法線は、前記光源および前記投射光学系を通る光軸に対して平行に偏心しており、
前記第１の光学素子は、前記光軸に対して、前記法線の偏心方向と同一の方向に偏心している、ことを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、前記光源と前記反射型画像表示素子との間に配置されており、
前記第１の光学素子は前記光源の側に配置され、前記第２の光学素子は前記反射型画像表示素子の側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記第２の光学素子は、前記投射光学系を構成する一要素であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像投射装置。
【請求項４】
前記第１の光学素子のパワーをφ１、前記第２の光学素子のパワーをφ２、該第１の光学素子と該第２の光学素子との間隔をｄ、前記反射型画像表示素子の中心を通る法線の前記投射光学系の光軸に対する偏心量をＤとするとき、前記第１の光学素子の光軸に対する偏心量Ｄ’は、
０．９｛φ１＋（１−φ１ｄ）・φ２｝／φ１＜Ｄ’／Ｄ＜１．１｛φ１＋（１−φ１ｄ）・φ２｝／φ１
を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項５】
前記偏心量Ｄ’は、
Ｄ’／Ｄ＝｛φ１＋（１−φ１ｄ）・φ２｝／φ１
を満たすように設定されていることを特徴とすることを特徴とする請求項４に記載の画像投射装置。
【請求項６】
前記反射型画像表示素子の中心を通る法線の前記光軸に対する偏心量を可変にする第１の可動手段と、
前記第１の光学素子の前記光軸に対する偏心量を可変にする第２の可動手段と、を更に有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項７】
前記反射型画像表示素子は、反射型液晶パネルまたはＤＭＤであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項８】
前記光路分離手段は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタまたは誘電体多層膜偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項９】
前記光路分離手段は、全反射プリズムであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項１０】
前記光源と前記第１の光学素子との間に配置されたインテグレータ光学系を更に有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項１１】
前記インテグレータ光学系は、第１のレンズアレイおよび第２のレンズアレイを備えて構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の画像投射装置。
【請求項１２】
前記インテグレータ光学系は、ロッドインテグレータであることを特徴とする請求項１０に記載の画像投射装置。
【請求項１３】
前記第２の光学素子と前記反射型画像表示素子との間に配置された、前記光源からの光を少なくとも２色以上の色光に分離する色分離手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至１２いずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項１４】
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、屈折光学素子または反射光学素子であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項１５】
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、コンデンサレンズであることを特徴とする請求項１４に記載の画像投射装置。
【請求項１６】
前記投射光学系は、偏心しているレンズを含まない共軸系で構成されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項１７】
前記光軸の上で前記第１の光学素子に入射する光は、前記反射型画像表示素子の前記偏心方向に屈折し、前記第２の光学素子によって前記法線に対して平行に該反射型画像表示素子に入射するように屈折する、ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型画像表示素子を備えた画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、反射型液晶パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）などの反射型画像表示素子を用いた画像投射装置が知られている。反射型画像表示素子を用いた画像投射装置では、反射型画像表示素子に対する入射光と反射光を分離して投射光学系に導くため、偏光ビームスプリッタや全反射プリズムなどの光路分離手段を必要とする。このため、投射光学系のバックフォーカスが長くなって投射光学系の全長が増大し、画像投射装置の大型化および高コスト化を招く。
【０００３】
一方、光路分離手段を照明光学系と投射光学系との間に配置することにより投射光学系のバックフォーカスを小さくし、更に照明光学系と投射光学系の一部のレンズを共通化することで小型および低コスト化を図る構成が知られている。
【０００４】
特許文献１には、照明光学系と投射光学系で共通化されたレンズを偏心非球面形状とすることにより、投射光学系が偏心系であっても十分な結像性能を得ることが可能な構成が開示されている。特許文献２には、画像表示素子を効率良く照明するため、照明光学系の光軸を画像表示素子面の法線に対して斜めに配置する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−００９９９２号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような偏心非球面レンズに関しては、球面レンズに比べて、高い加工精度が要求される。一方、照明光学系と投射光学系で共通化されたレンズを投射光学系の光軸に合わせて平行に偏心させる場合、投射光学系は共軸系となるため、十分な結像性能を得ることが比較的容易になる。しかしながら、共通化されたレンズは、照明光学系の光軸に対して平行偏心状態になる。このため、照明光を画像表示素子に効率良く照明することができない。
【０００７】
また、特許文献２のように、照明光が画像表示素子に斜めに入射すると、照明光学系の入射瞳が非対称形になり、画像表示素子において入射光と反射光との光路差が生じる。このため、偏光ビームスプリッタや全反射プリズムなどの光路分離手段が大型化する。また投射光学系の絞りの中心に対して瞳が非対称に配置されるため、投射光学系の口径が大型化する。
【０００８】
特に、画像表示素子として反射型液晶パネルを用いる場合、入射瞳が非対称となると視野角特性の劣化によりコントラストが低下する。コントラストの低下を防ぐには、照明光の入射角度を小さくする必要がある。しかし、照明光の入射角度を小さくするために照明光学系のＦ値を大きくすると、照明効率が低下する。
【０００９】
そこで本発明は、小型かつ高効率な画像投射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一側面としての画像投射装置は、光源と、反射型画像表示素子と、前記光源からの光を前記反射型画像表示素子に導くように設けられた第１の光学素子および第２の光学素子と、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間に設けられ、前記反射型画像表示素子への入射光と該反射型画像表示素子からの反射光との光路を分離する光路分離手段と、前記反射型画像表示素子により変調された画像光を投射する投射光学系とを有し、前記反射型画像表示素子の中心を通る法線は、前記光源および前記投射光学系を通る光軸に対して平行に偏心しており、前記第１の光学素子は、前記光軸に対して前記法線の偏心方向と同一の方向に偏心している。
【００１１】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、小型かつ高効率な画像投射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１における画像投射装置の構成図である。
【図２】比較例としての画像投射装置の構成図である。
【図３】実施例１において、コンデンサレンズの様々な偏心量に対する照明分布を示す図である。
【図４】実施例２における画像投射装置の構成図である。
【図５】対称および非対称な照明光の入射瞳に対する色分離手段の大きさを示す図である。
【図６】実施例３における画像投射装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００１５】
まず、図１を参照して、本発明の実施例１における画像投射装置の構成について説明する。図１は、本実施例における画像投射装置１００の構成図であり、図１（ａ）および図１（ｂ）は、光軸を含み互いに直交する第１の断面（ＸＺ断面）、第２の断面（ＹＺ断面）をそれぞれ示している。なお、本実施例の構成を明瞭にするため、ＹＺ断面の構成図（図１（ｂ））は、入射光路と反射光路とを分けて記載している。この点は、他の実施例（図４（ｂ）、図６（ｂ））においても同様である。
【００１６】
図１（ａ）、（ｂ）において、１は光源、２は放物面リフレクタである。３はインテグレータ光学系であり、光源１からの光を均一化する。インテグレータ光学系３は、第１のフライアイレンズ３ａ（第１のレンズアレイ）および第２のフライアイレンズ３ｂ（第２のレンズアレイ）を備えて構成される。インテグレータ光学系３は、光源１と後述のコンデンサレンズ５ａとの間に配置されている。４は偏光変換素子であり、光源１からの無偏光光を所定の偏光方向に揃える。５ａ、５ｂは、コンデンサレンズである。６は、コンデンサレンズ５ａ、５ｂの間に配置されたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ（光路分離手段）である。７は、反射型液晶パネル（反射型画像表示素子）、８は投射光学系（投射レンズ）である。
【００１７】
コンデンサレンズ５ａ、５ｂは、光源１からの光を反射型液晶パネル７に導くように設けられた第１の光学素子および第２の光学素子である。コンデンサレンズ５ａ（第１の光学素子）およびコンデンサレンズ５ｂ（第２の光学素子）は、光源１と反射型液晶パネル７との間に配置されている。また、コンデンサレンズ５ａは光源１の側に配置され、コンデンサレンズ５ｂは反射型液晶パネル７の側に配置されている。また本実施例において、コンデンサレンズ５ｂは、投射光学系８を構成する一要素である。
【００１８】
ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ６は、コンデンサレンズ５ａとコンデンサレンズ５ｂとの間に設けられ、反射型液晶パネル７への入射光と反射型液晶パネル７からの反射光との光路を分離する。また、投射光学系８は、反射型液晶パネル７により変調された画像光をスクリーンなどの被投射面（不図示）に投射する。
【００１９】
光源１から放射された光は、放物面リフレクタ２で反射し、略平行な光束となってインテグレータ光学系３に入射する。インテグレータ光学系３は、光源１からの略平行な光束を分割する。インテグレータ光学系３により分割された光束は、それぞれ、偏光変換素子４によりＰ偏光光に揃えられる。偏光変換素子４から射出された分割光束は、コンデンサレンズ５ａを介し、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ６を透過する。ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ６を透過した光は、コンデンサレンズ５ｂを通り、反射型液晶パネル７に重畳照明される。
【００２０】
反射型液晶パネル７は、パーソナルコンピュータなどの画像供給装置（不図示）から画像投射装置１００に入力される映像信号に応じて、反射型液晶パネル７の各画素に入射する光の偏光状態を独立に変調する。反射型液晶パネル７からの反射光のうち、Ｐ偏光成分はコンデンサレンズ５ｂを通り、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ６を透過して光源１側に戻る。一方、Ｓ偏光成分はコンデンサレンズ５ｂを通り、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ６で反射して投射光学系８に導かれる。
【００２１】
図１（ｂ）中のＣは、光源１、インテグレータ光学系３、および、投射光学系８に共通する光軸（光源１および投射光学系８を通る光軸）である。反射型液晶パネル７の中心を通る法線Ｌは、光軸Ｃに対して方向Ｄに平行に偏心（変位）している。従って、コンデンサレンズ５ｂを含む投射光学系８は、反射型液晶パネル７に対して相対的に平行に偏心しており、投射光学系シフト（投射レンズシフト）の状態にある。本実施例において、投射光学系８は、偏心しているレンズを含まない共軸系で構成されている。
【００２２】
ここで、偏心しているレンズが含まれる投射光学系の問題について説明する。投射光学系において偏心しているレンズが含まれている場合、偏心コマ収差、偏心非点収差、偏心像面湾曲など、レンズの偏心に由来する非対称性を有する諸収差が新たに発生する。偏心に由来する諸収差を低減するには、偏心しているレンズを新たに用いてその非対称性を打ち消す必要がある。ところが、これらの偏心しているレンズの組み合わせにより、球面収差など対称性を有する通常の収差が増大する。このような収差を低減して十分な結像性能を得るために球面レンズの枚数を増加させると、投射光学系が大型化してしまう。
【００２３】
また、偏心に由来する諸収差の非対称性を打ち消しつつ、少ないレンズ枚数で対称性を有する通常の収差をも打ち消すため、偏心非球面レンズを用いる方法もある。しかし、偏心非球面レンズは、球面レンズに比べて高い加工精度を要求する。従って、偏心しているレンズを含む投射光学系に比べて、本実施例のような共通軸系で構成される投射光学系８は、十分な結像性能を容易に得ることができる。
【００２４】
続いて、光源１からの照明光が反射型液晶パネル７に至る光路について説明する。ここで、比較例である図２を参照して、本実施例のコンデンサレンズ５ａに対応するコンデンサレンズ５０ａが光軸に対して方向Ｄに平行に偏心（変位）していない場合について説明する。図２は、比較例としての画像投射装置２００の構成図である。
【００２５】
図２に示されるように、コンデンサレンズ５０ａ、５０ｂの光軸は、光源１および投射光学系８の光軸Ｃに一致する。このため、インテグレータ光学系３より出射した分割光束は、偏光変換素子４、コンデンサレンズ５０ａ、５０ｂを経て、光軸Ｃの近傍に重畳照明される。ところが、反射型液晶パネル７は、光軸Ｃに対して方向Ｄに平行に偏心している。従って、照明光は反射型液晶パネル７の有効領域に対して偏った位置に照明されるため、照明効率が低下する。
【００２６】
一方、本実施例の画像投射装置１００において、光源１側に配置されるコンデンサレンズ５ａは、反射型液晶パネル７の光軸Ｃに対する偏心方向（方向Ｄ）と同一の方向に偏心（変位）して配置されている。このとき、光軸Ｃの近傍からコンデンサレンズ５ａに入射する照明光Ｒ１は、反射型液晶パネル７の偏心方向（方向Ｄ）に屈折する。また、コンデンサレンズ５ｂ上において、この照明光は、屈折方向（偏心方向）と逆の方向に屈折する光線高さに到達する。このため、この照明光は、反射型液晶パネル７の中心を通る法線Ｌに対して平行となる入射角度に近づくように屈折する。
【００２７】
従って、図２に示される比較例としての画像投射装置２００に比べて、本実施例の画像投射装置１００は、より多くの照明光を反射型液晶パネル７の有効領域に到達させることができ、高い照明効率を実現することが可能となる。また、光軸Ｃの近傍からコンデンサレンズ５ａに入射する照明光Ｒ１は、反射型液晶パネル７の偏心方向（方向Ｄ）に屈折し、コンデンサレンズ５ｂ上における屈折により反射型液晶パネル７の中心を通る法線Ｌに平行に近い（略平行な）入射角度で入射する。このため、軸外からコンデンサレンズ５ａ、５ｂに入射する照明光Ｒ２、Ｒ３は、略対称な入射角度で反射型液晶パネル７に入射する。
【００２８】
従って、照明光の入射瞳は、中心に対して略対称形となる。これにより、従来例のように反射型液晶パネルの有効領域を効率よく照明するために、照明光学系の光軸を反射型液晶パネルに対して斜めに配置した構成を採用した場合に発生する弊害を回避することができる。具体的には、投射光学系の絞りの中心に対して瞳が対称に配置されるため、投射光学系の口径が大きくなる弊害を回避することができる。また、反射型液晶パネルの視野角特性の劣化による極端なコントラストの低下を回避することができる。このため、照明光学系のＦ値を所定の値より大きくする必要がなく、高い照明効率を保持することが可能である。
【００２９】
以上のとおり、本実施例によれば、投射光学系８の十分な結像性能を容易に得つつ、反射型画像表示素子（反射型液晶パネル７）を効率よく照明可能な小型の画像投射装置１００を実現することができる。
【００３０】
本実施例において、コンデンサレンズ５ａのパワーをφ１、コンデンサレンズ５ｂのパワーをφ２、コンデンサレンズ５ａ、５ｂの（主平面の）間隔をｄ、反射型液晶パネル７の中心を通る法線Ｌの光軸Ｃに対する偏心量（平行偏心量）をＤとする。このとき、コンデンサレンズ５ａは、反射型液晶パネル７（の中心を通る法線Ｌ）と同一の方向に、偏心量Ｄ’（平行偏心量）だけ光軸Ｃに対して平行に偏心している。本実施例において、偏心量Ｄ’は、以下の式（１）を満たすように設定されることが好ましい。
【００３１】
０．９｛φ１＋（１−φ１ｄ）・φ２｝／φ１＜Ｄ’／Ｄ＜１．１｛φ１＋（１−φ１ｄ）・φ２｝／φ１  …  （１）
ここで、式（１）の技術的意味について説明する。コンデンサレンズ５ａに、光軸Ｃ上から光軸Ｃに平行に入射する光線に対して、反射型液晶パネル７の中心に入射するまでの近軸光線追跡を行う場合、反射型液晶パネル７への光線の入射角度αは、以下の式（２）のように表される。
【００３２】
α＝（Ｄ−Ｄ’）φ１／（１−φ１ｄ）＋φ２Ｄ  …  （２）
光軸Ｃ上から入射する照明光が反射型液晶パネル７の中心を通る法線Ｌに対して平行に入射する条件であるα＝０を考慮して式（２）を変形すると、以下の式（３）が得られる。
【００３３】
Ｄ’／Ｄ＝｛φ１＋（１−φ１ｄ）・φ２｝／φ１  …  （３）
本実施例において、光軸Ｃに対する反射型液晶パネル７の中心を通る法線Ｌの偏心量Ｄに対して、コンデンサレンズ５ａの偏心量Ｄ’が式（３）を満たすように設定されることがより好ましい。式（３）を満たすことにより、光軸Ｃ上からコンデンサレンズ５ａに入射する照明光は、反射型液晶パネル７の偏心方向（方向Ｄ）に屈折し、コンデンサレンズ５ｂによって法線Ｌに対して略平行に反射型液晶パネル７に入射するように屈折する。ここで、略平行とは、厳密に平行である場合に限定されるものではなく、実質的に平行または平行に近い状態をも含む意味である。このため、照明光の入射瞳が略対称形に保持された状態で、反射型液晶パネル７の有効領域が効率良く照明される。
【００３４】
一方、式（３）に対してコンデンサレンズ５ａの偏心量Ｄ’が過剰または不足である場合、照明光が反射型液晶パネル７の有効領域に対して偏った位置に照明されるため、照明効率が低下する。
【００３５】
式（１）の左辺および右辺それぞれの係数０．９および１．１は、最も効率よく反射型液晶パネル７の有効領域を照明することができるコンデンサレンズ５ａの偏心量から、±１０％以内の範囲の偏心量になるような範囲を規定している。
【００３６】
続いて、図３を参照して、反射型液晶パネル７の有効領域を照明する照度分布について説明する。図３は、様々な偏心量Ｄ’における反射型液晶パネル７の有効領域を照明する照度分布の一例を示している。ここで、コンデンサレンズ５ａのパワー配置は、それぞれ、φ１＝０．０１２２９、φ２＝０．０１５３７、ｄ＝３５ｍｍ、Ｓ＝３．０ｍｍである。また、Ｄ’／Ｄ＝Ａ｛φ１＋（１−φ１ｄ）・φ２｝／φ１と置くとき、偏心量Ｄ’は係数Ａで規定される。
【００３７】
係数Ａ（偏心量Ｄ’）が０．８または１．２となる場合、偏心量Ｄ’が不足または過剰である。このため、反射型液晶パネル７の有効領域から偏った場所が照明されており、特に有効領域の上下周辺部の照度が低下している。従って、この場合、照明効率は低下する。一方、係数Ａが０．９〜１．１の場合、適切な偏心量Ｄ’である。このため、有効領域の上下周辺部の照度低下は発生せず、反射型液晶パネル７の有効領域が効率良く照明されている。従って、偏心量Ｄ’が式（１）を満足する範囲内に設定されていることが好ましい。
【実施例２】
【００３８】
次に、図４を参照して、本発明の実施例２における画像投射装置の構成について説明する。図４は、本実施例における画像投射装置１００ａの構成図であり、図４（ａ）および図４（ｂ）は、光軸を含み互いに直交する第１の断面（ＸＺ断面）、第２の断面（ＹＺ断面）をそれぞれ示している。なお、図１と同一の要素については同一の符号を付している。
【００３９】
本実施例の画像投射装置１００ａは、実施例１の画像投射装置１００（図１）に対して、コンデンサレンズ５ｂと反射型液晶パネル７（７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ）との間に配置された、クロスダイクロイックプリズム９（色分離手段）を備えて構成される。クロスダイクロイックプリズム９は、光源１からの光を少なくとも２色以上の色光（本実施例ではＲ、Ｇ、Ｂの３色）に分離する。画像投射装置１００ａでは、光源１からの光を赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）に分離し、それぞれの色光に対応する反射型液晶パネル７Ｒ、７Ｇ、７Ｂを用いて映像（画像）を形成するため、フルカラーの映像を投射することができる。
【００４０】
光源１からの光は、偏光変換素子４によりＰ偏光に変換され、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ６を透過する。その後、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ６を透過した光は、クロスダイクロイックプリズム９により、赤色光、緑色光、および、青色光に分離され、各色に対応する反射型液晶パネル７Ｒ、７Ｇ、７Ｂに入射する。反射型液晶パネル７Ｒ、７Ｇ、７Ｂにより映像信号に応じて偏光状態を変調された赤色光、緑色光、および、青色光は、クロスダイクロイックプリズム９により合成される。合成された各色光のうちのＳ偏光成分は、コンデンサレンズ５ｂを通り、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ６で反射して投射光学系８に導かれる。
【００４１】
図４（ｂ）に示されるように、実施例１と同様に、反射型液晶パネル７の中心を通る法線Ｌは、光軸Ｃに対して方向Ｄに平行に偏心している。このため、コンデンサレンズ５ｂを含む投射光学系８は、反射型液晶パネル７（７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ）に対して相対的に平行に偏心して投射光学系シフトの状態にある。ただし、投射光学系８は、共軸系として構成されるため、偏心しているレンズを含む場合と比べて比較的容易に十分な結像性能を得ることができる。
【００４２】
また本実施例では、実施例１と同様に、光源１側に配置されているコンデンサレンズ５ａを、反射型液晶パネル７（７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ）の中心を通る法線Ｌの光軸Ｃに対する偏心方向（方向Ｄ）と同一の方向に偏心している。このため、照明光は反射型液晶パネル７（７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ）の有効領域に効率良く照明される。
【００４３】
また、コンデンサレンズ５ｂには、式（１）で表される適切な偏心量Ｄ’が与えられている。このため、実施例１と同様に、光軸Ｃの近傍からコンデンサレンズ５ｂに入射する照明光は、反射型液晶パネル７（７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ）に対して平行に近づき（略平行であり）、反射型液晶パネル７に対する照明光の入射瞳は略対称形となる。
【００４４】
続いて、図５を参照して、反射型液晶パネル７に対する照明光の入射瞳が対称形となる利点について説明する。図５は、クロスダイクロイックプリズム９（色分離手段）に入射して反射型液晶パネル７により反射した光線に関し、入射光および出射光が色分離手段を通過する際の経路を示す概念図であり、色分離手段の大きさを比較したものである。図５において、実線はクロスダイクロイックプリズム９に入射する光線（入射光）、破線は反射型液晶パネル７により反射した光線（出射光）をそれぞれ示している。図５（ａ）は、入出射光が反射型液晶パネル７に対して対称である場合（入射光と出射光とが互いに同じ経路を通過する場合）を示している。図５（ｂ）は、入出射光が反射型液晶パネル７に対して非対称である場合（入射光と出射光とが互いに異なる経路を通過する場合）を示している。
【００４５】
図５（ａ）、（ｂ）を比較すると明らかなように、照明光の照明光の入射瞳が非対称である場合（図５（ｂ））、出射光および反射光の両方をクロスダイクロイックプリズム９内に通すために、クロスダイクロイックプリズム９が大型化する。また、投射光学系８のバックフォーカスが長くなるため、画像投射装置１００ａの全体を小型化することが困難となる。
【００４６】
また本実施例において、コンデンサレンズ５ｂと反射型液晶パネル７との間にクロスダイクロイックプリズム９（色分離手段）を配置している。一方、従来構成のように照明光学系の光軸を反射型液晶パネルに対して斜めに配置するように構成した場合、反射型液晶パネルに対する入出射光は非対称となる。このため、両者を漏れなく色分離手段の内部に通そうとすると、図５（ｂ）に示されるように色分離手段が大型化してしまう。
【００４７】
本実施例の構成によれば、反射型液晶パネルに対する照明光の入射瞳が対称形になるため、色分離手段を小型化することができる。このため、投射光学系を共軸系として十分な結像性能を容易に得つつ、反射型液晶パネルを効率よく照明することが可能な小型の画像投射装置を実現することが可能である。
【実施例３】
【００４８】
次に、図６を参照して、本発明の実施例３における画像投射装置の構成について説明する。図６は、本実施例における画像投射装置１００ｂの構成図であり、図６（ａ）および図６（ｂ）は、光軸を含み互いに直交する第１の断面（ＸＺ断面）、第２の断面（ＹＺ断面）をそれぞれ示している。図６（ａ）、（ｂ）において、１０は集光レンズ、１１はカラーホイール、１２はロッドインテグレータ、１３は全反射プリズム、１４は反射型画像表示素子としてのＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）である。なお、図１と同一の要素については同一の符号を付している。
【００４９】
光源１から放射された光は、放物面リフレクタ２により反射され略平行な光束となる。そして、この光束は、集光レンズ１０によりロッドインテグレータ１２の入射面１２ａの近傍で最も集光され、ロッドインテグレータ１２の内部に入射する。ロッドインテグレータ１２は、フライアイレンズと同様に、反射型画像表示素子（ＤＭＤ１４）を照明する照度分布の均一化を行うための素子（インテグレータ光学系）である。ロッドインテグレータ１２に入射した光束は、ロッドインテグレータ１２の内部で反射を繰り返す。そして、ロッドインテグレータ１２の出射面１２ｂにおいて、均一な照度分布を得ることができる。
【００５０】
ロッドインテグレータ１２の出射面１２ｂは、コンデンサレンズ５ａ、５ｂを介して、ＤＭＤ１４と共役関係にあり、ＤＭＤ１４の相似形状を有する。出射面１２ｂから発散する光束は、コンデンサレンズ５ａ、５ｂにより、全反射プリズム１３の境界面における全反射を介して、ＤＭＤ１４にクリティカル照明される。ＤＭＤ１４に入射した光束は、ＤＭＤ１４を構成する可動マイクロミラーにより光路が切り替えられる。光路が切り替えられた光束は、全反射プリズム１３の境界面にて臨界角を超えるため、全反射を起こさずに透過し、投射光学系８へ導かれる。
【００５１】
カラーホイール１１は、一般的に、赤色光、緑色光、および、青色光を透過する３つのカラーフィルタを備えて構成される。光源１からの光は、集光レンズ１０によりカラーホイール１１のカラーフィルタに照射される。カラーホイール１１が回転すると、光の照射部のカラーフィルタが赤透過、緑透過、または、青透過と順次切り替わる。
【００５２】
このような構成により、ロッドインテグレータ１２に入射する光が赤色光、緑色光、および、青色光と順次切り替わり、ＤＭＤ１４を照明する光は、赤、緑、青、赤の順に切り替わる。切り替わりタイミングに合わせて各色に対応する映像が投射されるようにＤＭＤ１４を順次駆動することで、時系列に赤、緑、青の映像が切り替わる。この動作が高速に繰り返されることにより、映像の視聴者はフルカラーの映像が視認することができる。
【００５３】
図６（ｂ）に示されるように、実施例１と同様に、ＤＭＤ１４の中心を通る法線Ｌは、光軸Ｃに対して方向Ｄに平行に偏心している。このため、コンデンサレンズ５ｂを含む投射光学系８は、ＤＭＤ１４に対して相対的に平行に偏心しており、投射光学系シフトの状態にある。投射光学系８は共軸系として構成されるため、偏心しているレンズを含む場合に比べて、十分な結像性能を比較的容易に得ることができる。
【００５４】
本実施例において、実施例１と同様に、光源１側に配置されているコンデンサレンズ５ａを、ＤＭＤ１４の中心を通る法線Ｌの光軸Ｃに対する偏心方向（方向Ｄ）と同一の方向に偏心している。このため、照明光はＤＭＤ１４の有効領域に効率良く照明される。また、コンデンサレンズ５ｂに対して、式（１）で表される適切な偏心量Ｄ’が与えられている。このため、実施例１と同様に、光軸Ｃの近傍からコンデンサレンズ５ｂに入射する照明光はＤＭＤ１４（反射型画像表示素子）に対して平行に近づき、ＤＭＤ１４に対する照明光の入射瞳は略対称形となる。従って、入射光および反射光を漏れなく全反射プリズム１３の内部に通すために全反射プリズム１３を大型化する必要がない。このため、画像投射装置１００ｂの小型化を図ることができる。
【００５５】
本実施例によれば、ＤＭＤを用いた画像投射装置において、投射光学系の十分な結像性能を容易に得つつ、ＤＭＤを効率よく照明することが可能な小型の画像投射装置を実現することができる。
【００５６】
このように各実施例によれば、小型かつ高効率な画像投射装置を提供することができる。
【００５７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形・変更及び構成の組み合わせが可能である。
【００５８】
例えば、実施例１の構成において、光路分離手段として、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ６に代えて、誘電体多層膜を用いたキューブ形偏光ビームスプリッタ（誘電体多層膜偏光ビームスプリッタ）などの他の偏光ビームスプリッタを用いてもよい。また実施例２の構成において、クロスダイクロイックプリズム９に代えて、フィリップス型ダイクロイックプリズムなどの他のプリズムを用いてもよい。また、光源１として、超高圧水銀ランプの他に、ＬＥＤ光源やレーザ光源などの固体発光素子を用いてもよい。
【００５９】
また、第１の光学素子および第２の光学素子として、コンデンサレンズ（屈折光学素子）を用いているが、これに限定されるものではなく、ミラー（反射光学素子）を用いることもできる。また、光軸Ｃに対する反射型画像表示素子の中心を通る法線Ｌの偏心量Ｄが可変となるように構成することもできる。投射光学系シフトのシフト量を可変とすることにより、投影方向の調整自由度を高めた画像投射装置を提供することが可能となる。これを実現するため、例えば、反射型画像表示素子に可動機構（第１の可動手段）を設けることができる。または、反射型画像表示素子を固定した状態で、光源１、インテグレータ光学系、コンデンサレンズ５ｂ、および、投射光学系８を一体化したユニットに可動機構を設けてもよい。このとき、コンデンサレンズ５ａにも可動機構（第２の可動手段）を設けて偏心量Ｄ’を可変とし、偏心量Ｄの変化に連動して式（１）を満足するようにコンデンサレンズ５ａの光軸Ｃに対する偏心量Ｄ’を変化させるように構成することもできる。このような構成により、より効率的に反射型画像表示素子を照明することが可能となる。
【符号の説明】
【００６０】
１：光源
５ａ、５ｂ：コンデンサレンズ
６：ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ
７：反射型液晶パネル
８：投射光学系
１３：全反射プリズム
１４：ＤＭＤ
【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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