(57)【要約】【課題】投写型表示装置を用いて画像光をあおり投写する場合に、スクリーン上に結像された画像に輝度ムラが発生していた。【解決手段】投写型表示装置は、光源ランプから放射される光を所定の方向に反射し、光線束として射出する光源装置と、光源装置から射出される光線束から得られる空間的に分割された部分光線束を、所定の領域上で重畳するインテグレータ光学系と、重畳されて得られた光線束を変調して画像光として射出する光変調素子と、画像光をスクリーンに投写する投写光学系と、を備える。光源ランプを通り、光源装置から射出される光線束の主光線と平行な光源光軸が、インテグレータ光学系と投写光学系の光軸を結ぶ光学系中心軸に対し、略平行かつ所定の間隔を隔てるように光源装置は配置されることにより、画像光の輝度分布を、あおり投写に起因する輝度ムラを、ほぼ打ち消すような不均一な分布とすることができる。【選択図】  図１
2005037594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投写型表示装置であって、
光を放射する光源ランプと前記光源ランプから放射された光を反射して所定の方向に光線束を射出するリフレクタとを有する光源装置と、
前記光源装置より射出された光線束から得られる、空間的に分割された部分光線束を、所定の照明領域上で重畳するインテグレータ光学系と、
前記照明領域を有し、与えられた画像信号に基づいて、重畳して得られた光線束を変調して、画像を表す画像光として射出する光変調素子と、
前記光変調素子から射出される前記画像光を、投写対象面に投写し、前記投写対象面上で画像を結像させる投写光学系と、
を備え、
少なくとも前記インテグレータ光学系および前記投写光学系の各光軸を結ぶ光学系中心軸が、前記投写対象面に対して垂直に交わらないように配置され、あおり投写となる場合に、前記光源装置から射出される前記光線束の主光線と略平行で、前記光源ランプを通る光源光軸が、前記光学系中心軸に対して、略平行で、かつ、所定の間隔を隔てるように、前記光源装置は、配置されていることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
投写型表示装置であって、
光を放射する光源ランプと前記光源ランプから放射された光を反射して所定の方向に光線束を射出するリフレクタとを有する光源装置と、
前記光源装置より射出された光線束から得られる、空間的に分割された部分光線束を、所定の照明領域上で重畳するインテグレータ光学系と、
前記照明領域を有し、与えられた画像信号に基づいて、重畳して得られた光線束を変調して、画像を表す画像光として射出する光変調素子と、
前記光変調素子から射出される前記画像光を、投写対象面に投写し、前記投写対象面上で画像を結像させる投写光学系と、
を備え、
少なくとも前記インテグレータ光学系および前記投写光学系の各光軸を結ぶ光学系中心軸が、前記投写対象面に対して垂直に交わらないように配置され、あおり投写となる場合に、前記光源装置から射出される前記光線束の輝度分布が、前記光学系中心軸に対して軸対称とならないことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項３】
投写型表示装置であって、
光を放射する光源ランプと前記光源ランプから放射された光を反射して所定の方向に光線束を射出するリフレクタとを有する光源装置と、
前記光源装置より射出された光線束から得られる、空間的に分割された部分光線束を、所定の照明領域上で重畳するインテグレータ光学系と、
前記照明領域を有し、与えられた画像信号に基づいて、重畳して得られた光線束を変調して、画像を表す画像光として射出する光変調素子と、
前記光変調素子から射出される前記画像光を、投写対象面に投写し、前記投写対象面上で画像を結像させる投写光学系と、
を備え、
少なくとも前記インテグレータ光学系および前記投写光学系の各光軸を結ぶ光学系中心軸が、前記投写対象面に対して垂直に交わらないように配置され、あおり投写となる場合に、前記光源装置から射出される前記光線束の輝度分布が、前記投写対象面において、前記あおり投写に起因する前記画像の輝度ムラをほぼ打ち消すような輝度分布であることを特徴とする投写型表示装置。
【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、
前記リフレクタの反射面は、回転放物面または回転楕円面の凹面であって、その一部が切除された形状であることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の投写型表示装置であって、
前記光源ランプに、または、その近傍に設けられ、前記光源ランプ側に凹面を成す反射面を有する反射部を、さらに備えることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項６】
投写型表示装置であって、
光を放射する光源ランプと前記光源ランプから放射された光を反射して所定の方向に光線束を射出するリフレクタとを有する光源装置と、
前記光源装置より射出された光線束から得られる、空間的に分割された部分光線束を、所定の照明領域上で重畳するインテグレータ光学系と、
前記照明領域を有し、与えられた画像信号に基づいて、重畳して得られた光線束を変調して、画像を表す画像光として射出する光変調素子と、
前記光変調素子から射出される前記画像光を、投写対象面に投写し、前記投写対象面上で画像を結像させる投写光学系と、
を備え、
少なくとも、前記インテグレータ光学系および前記投写光学系の各光軸を結ぶ光学系中心軸が前記投写対象面に対して垂直に交わらないように配置され、あおり投写となる場合に、前記インテグレータ光学系から前記投写光学系までの光路中に配置され、光を透過または反射することにより、前記投写対象面において、前記あおり投写に起因する前記画像の輝度ムラをほぼ打ち消すような、不均一な輝度分布を形成させる光学素子を、さらに備えることを特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、投写型表示装置において、特に、あおり投写する場合に生じる、スクリーン上の画像の輝度ムラを軽減する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の投写型表示装置として、例えば図２に示すようなリアプロジェクタがある。
図２は、従来におけるリアプロジェクタを用いた画像の投写を示す説明図である。図２において、（Ａ）は、リアプロジェクタ２００の外観を示す斜視図であり、正面にスクリーン２０１の表面が露出している。なお、リアプロジェクタ２００の設置面（リアプロジェクタ２００の底面）に対して垂直方向の、スクリーン２００上の中心線を、２１１とする。また、図２において、（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるリアプロジェクタ２００を、中心線２１１に沿って切断した断面を、ａ−ａ方向から見た断面図であり、主要光学系３００と、反射鏡２０２と、スクリーン２０１と、の位置関係を示している。
【０００３】
このリアプロジェクタ２００では、図２（Ｂ）に示すように、主要光学系３００から射出される画像を表す光（以下、「画像光」と呼ぶ）が、反射鏡２０２で折り返され、スクリーン２０１上に結像する。
【０００４】
リアプロジェクタにおいては、スクリーンに照射される画像光の輝度は、ほぼ均一であることが好ましい。このため、リアプロジェクタにおいては、照明光学系として、液晶パネルなどの画像光が形成される部分（照明領域）を、ほぼ均一な輝度で照射することができる、いわゆるインテグレータ光学系が用いられる。
【０００５】
図３はリアプロジェクタ２００における、主要光学系３００を示す説明図である。図３に示すように、主要光学系３００は、インテグレータ光学系を含む照明光学系３１４と、液晶パネル３０９と、クロスダイクロックプリズム３１０と、投写光学系３１１と、を備えている。
【０００６】
このうち、照明光学系３１４は、光源装置３０１と、小レンズの集合体であり、互いに対をなして設置された第１のレンズアレイ３０４および第２のレンズアレイ３０５と、偏光ビームスプリッタ３０６と、重畳レンズ３０７と、フィールドレンズ３０８と、を備えている。また、光源装置３０１は、光源ランプ３０３と、リフレクタ３０２と、を備えており、リフレクタ３０２は、光源光軸３１２に軸対象な回転放物面３０２Ｒを反射面としている。
【０００７】
上記の各光学要素は、光源光軸３１２を基準として配置されている。すなわち、光源装置３０１、第１のレンズアレイ３０４、第２のレンズアレイ３０５、偏光ビームスプリッタ３０６、重畳レンズ３０７、フィールドレンズ３０８、液晶パネル３０９、クロスダイクロックプリズム３１０、投写光学系３１１は、それぞれ、その光軸が光源光軸３１２上に、ほぼ一直線上に並ぶように配置されている。
【０００８】
この主要光学系３００において、光源ランプ３０３から射出された光は、回転放物面３０２Ｒで反射され、第１のレンズアレイ３０４に向かって、略平行な光線束となって光源装置３０１の射出面３１３より射出される。この光線束は、第１のレンズアレイ３０４および第２のレンズアレイ３０５によって、空間的に複数に分離され、複数の中間光線束となって、それぞれ偏光ビームスプリッタ３０６に集光される。各中間光線束は、偏光ビームスプリッタ３０６によって、それぞれＳ偏光光線束と、Ｐ偏光光線束に分離され、さらに、一方の偏光光線束の偏光方向が他方の偏光光線束の偏光方向に変換されて、各中間光線束の偏光方向がそろえられる。偏光ビームスプリッタ３０６から射出された複数の中間光線束は、重畳レンズ３０７により、フィールドレンズ３０８を介して、液晶パネル３０９の入射面上に重畳される。このとき、重畳された光線束は、液晶パネル３０９の入射面にほぼ垂直に入射される。この結果、液晶パネル３０９の入射面は、ほぼ均一な輝度で照射されることとなる。液晶パネル３０９では、別途与えられた画像信号に従って入射面に照射された光を変調し、画像光として、クロスダイクロックプリズム３１０に射出する。
【０００９】
なお、実際に、カラー画像を表示するためには、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色の光が必要であるが、図３では、そのうち１色分の光についての光学系しか記載されていない。他の２色の光についての光学系に関しては、同様の構成であるため、説明を簡略化するために省略している。
【００１０】
それら３原色の画像光は、クロスダイクロックプリズム３１０において合成され、この合成された画像光は、投写光学系３１１によって、像が反転された上で、スクリーン２０１に向けて投写され、スクリーン２０１上において画像が結像される。
【００１１】
なお、このようなインテグレーション光学系を用いた、従来の投写型表示装置の一例としては、下記の特許文献１に記載されたものが知られている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−３１１２９７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の投写型表示装置においては、上述のインテグレーション光学系の働きにより、液晶パネル３０９で形成される画像光は、ほぼ均一な輝度となるが、実際にスクリーン２０１上に結像した画像では、図２（Ａ）に示すように、輝度ムラが発生するという問題があった。
【００１４】
すなわち、図２（Ｂ）において、反射鏡２０２で折り返された光源光軸３１２は、スクリーン２０１面に対して垂直となっておらず、スクリーン２０１の法線２０３から角度θだけずれており、いわゆる「あおり投写」となっている。このため、スクリーン２０１上に結像する画像の輝度は、図２（Ａ）に示すように、スクリーン２０１の中心線２１１と、スクリーン２０１の底辺と、が交わる交点２１２を最大として、交点２１２から離れるほど小さくなる分布となってしまう。
【００１５】
以下、このようなあおり投写に起因する、スクリーン上の画像の輝度ムラの発生メカニズムについて説明する。
【００１６】
図４は、主要光学系３００とスクリーン２０１との位置関係と、この位置関係においてスクリーン２０１上に投写される画像と、を示す説明図である。なお、リアプロジェクタ２００における反射鏡２０２は、リアプロジェクタ２００の小型化を目的として、リアプロジェクタ２００内において、直線的な光学距離を折り曲げる機能を提供しているに過ぎない。従って、以下、説明を簡略化するために、反射鏡２０２を省略した構成で説明する。
【００１７】
図４において、（Ａ）は、主要光学系３００とスクリーン２０１との第１の位置関係を示しており、（Ｂ）は、（Ａ）で示す位置関係において、スクリーン２０１上に表示される画像４００を示している。また、図４において、（Ｃ）は、主要光学系３００とスクリーン２０１との第２の位置関係を示しており、（Ｄ）は、（Ｃ）で示す位置関係において、スクリーン２０１上に表示される画像４１０を示している。
【００１８】
図４（Ａ）で示す位置関係では、主要光学系３００の光源光軸３１２は、スクリーン２０１面に対して垂直となっており、法線２０３と一致している。この場合には、図４（Ｂ）で示すように、スクリーン２０１上に結像する画像４００は、歪みのない形（以下、「正画像」と呼ぶ）となる。
【００１９】
一方、図４（Ｃ）で示す位置関係では、主要光学系３００の光源光軸３１２は、スクリーン２０１面に対して垂直となっておらず、法線２０３から角度θだけずれた、あおり投写となっている。この場合には、図４（Ｄ）で示すように、スクリーン２０１上に結像する画像４１０は、略台形に歪んだ形（以下、「歪み画像」と呼ぶ）となる。
【００２０】
この歪み画像は、光学的に補正したり、液晶パネル３０９上に形成される、投写の元となる画像を電気的に処理して補正することができる。
【００２１】
図５は、従来における、上述の画像の歪みを、電気的な処理により補正した場合の、液晶パネル３０９上に形成される画像と、その画像光をスクリーン２０１に投写して結像する画像と、を示す説明図である。
【００２２】
図５において、（Ａ）は、スクリーン２０１上に、投写された画像５５０を示しており、（Ｂ）は、液晶パネル３０９上に形成された画像５００を示している。なお、この投写においては、画像５００上の頂点５６１ｐ、５６２ｐ、５６３ｐ、５６４ｐがそれぞれ、画像５５０上の頂点５６１ｑ、５６２ｑ、５６３ｑ、５６４ｑに対応している。この補正では、図５（Ａ）に示すように、あおり投写をした結果、スクリーン２０１上に画像５５０として正画像が結像するように、予め液晶パネル３０９に対し、画像５００として略台形の画像を形成するような画像信号を与えている。なお、その画像信号は、液晶パネル３０９上の、画像５００以外の領域５０２に存在する画素に対しては、何も表示しない領域とするために、黒を表す信号となっている。
【００２３】
図５において、画像５００は、拡大投写されて画像５５０となるが、この拡大率は、液晶パネル３０９とスクリーン２０１との光学距離が長いほど、大きくなる。従って、図４（Ｃ）に示すようなあおり投写の場合には、画像の上側の部分では、下側の部分と比較して、液晶パネル３０９とスクリーン２０１との間の光学距離が長くなるため、画像の上側の部分では、下側の部分と比較して、拡大率が大きくなる。よって、図５に示すように、画像５００上の、互いに同じ面積である領域５１０と領域５２０とが、それぞれ、画像５５０上の領域５１１と領域５２１とに拡大投写された場合、画像の上側に位置する領域５２１の方が、画像の下側に位置する領域５１１よりも、面積が大きくなる。
【００２４】
一方、上述したとおり、液晶パネル３０９上では、インテグレータ光学系の働きにより、輝度はほぼ均一となっているため、面積の等しい領域５１０と領域５２０とから、それぞれ射出される光の量は等しくなっている。よって、領域５１０から射出された光で投写される領域５１１と、領域５２０から射出された光で投写される領域５２１とは、それぞれ照射される光の量は等しくなる。従って、上述のように、画像の上側に位置する領域５２１の面積は、下側に位置する領域５１１の面積よりも大きいため、単位面積あたりに照射する光の量は、画像の上側に位置する領域５２１の方が、下側に位置する領域５１１に比べて少なくなる。
このため、スクリーン２０１上の画像には、スクリーン２０１の上底に近いほど暗くなるという、輝度ムラが発生することとなる。
【００２５】
なお、このような輝度ムラは、リアプロジェクタ以外にも、フロント型プロジェクタや背面投写型遊技機等においても、あおり投写となる場合には発生し得る。
【００２６】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、投写型表示装置において、スクリーンに対してあおり投写をする場合に、スクリーン上に結像する画像の輝度ムラを軽減することができる技術を提供することを目的とする。
【００２７】
【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の投写型表示装置は、光を放射する光源ランプと前記光源ランプから放射された光を反射して所定の方向に光線束を射出するリフレクタとを有する光源装置と、
前記光源装置より射出された光線束から得られる、空間的に分割された部分光線束を、所定の照明領域上で重畳するインテグレータ光学系と、
前記照明領域を有し、与えられた画像信号に基づいて、重畳して得られた光線束を変調して、画像を表す画像光として射出する光変調素子と、
前記光変調素子から射出される前記画像光を、投写対象面に投写し、前記投写対象面上で画像を結像させる投写光学系と、
を備え、
少なくとも前記インテグレータ光学系および前記投写光学系の各光軸を結ぶ光学系中心軸が、前記投写対象面に対して垂直に交わらないように配置され、あおり投写となる場合に、前記光源装置から射出される前記光線束の主光線と略平行で、前記光源ランプを通る光源光軸が、前記光学系中心軸に対して、略平行で、かつ、所定の間隔を隔てるように、前記光源装置は、配置されていることを要旨とする。
【００２８】
本発明の第１の投写型表示装置においては、光源光軸が光学系中心軸に対して略平行で、かつ、所定の間隔を隔てるように、光源装置が配置されているので、インテグレータ光学系に入射する光線束の輝度分布は、光学系中心軸を中心とした軸対称とはならない。その結果、インテグレータ光学系を介して光変調素子に入射する光線束の輝度分布は不均一となり、スクリーンに投写される画像光の輝度分布も不均一なものとなる。そして、その不均一となった画像光の輝度分布は、画像光をあおり投写することに起因する、投写対象面上に結像する画像の輝度ムラを、ほぼ打ち消すように作用するので、画像の輝度ムラは軽減され、輝度をほぼ均一にすることが可能となる。
【００２９】
本発明の第２の投写型表示装置は、光を放射する光源ランプと前記光源ランプから放射された光を反射して所定の方向に光線束を射出するリフレクタとを有する光源装置と、
前記光源装置より射出された光線束から得られる、空間的に分割された部分光線束を、所定の照明領域上で重畳するインテグレータ光学系と、
前記照明領域を有し、与えられた画像信号に基づいて、重畳して得られた光線束を変調して、画像を表す画像光として射出する光変調素子と、
前記光変調素子から射出される前記画像光を、投写対象面に投写し、前記投写対象面上で画像を結像させる投写光学系と、
を備え、
少なくとも前記インテグレータ光学系および前記投写光学系の各光軸を結ぶ光学系中心軸が、前記投写対象面に対して垂直に交わらないように配置され、あおり投写となる場合に、前記光源装置から射出される前記光線束の輝度分布が、前記光学系中心軸に対して軸対称とならないことを要旨とする。
【００３０】
本発明の第２の投写型表示装置においては、光源装置から射出され、インテグレータ光学系に入射される光線束の輝度分布が、光学系中心軸に対して軸対称とならないため、インテグレータ光学系を介して光変調素子に入射する光線束の輝度分布は不均一となり、スクリーンに投写される画像光の輝度分布も不均一なものとなる。そして、その不均一となった画像光の輝度分布は、画像光をあおり投写することに起因する、投写対象面上に結像する画像の輝度ムラを、ほぼ打ち消すように作用するので、画像の輝度ムラは軽減され、画像の輝度をほぼ均一にすることが可能となる。
【００３１】
本発明の第３の投写型表示装置は、光を放射する光源ランプと前記光源ランプから放射された光を反射して所定の方向に光線束を射出するリフレクタとを有する光源装置と、
前記光源装置より射出された光線束から得られる、空間的に分割された部分光線束を、所定の照明領域上で重畳するインテグレータ光学系と、
前記照明領域を有し、与えられた画像信号に基づいて、重畳して得られた光線束を変調して、画像を表す画像光として射出する光変調素子と、
前記光変調素子から射出される前記画像光を、投写対象面に投写し、前記投写対象面上で画像を結像させる投写光学系と、
を備え、
少なくとも前記インテグレータ光学系および前記投写光学系の各光軸を結ぶ光学系中心軸が、前記投写対象面に対して垂直に交わらないように配置され、あおり投写となる場合に、前記光源装置から射出される前記光線束の輝度分布が、前記投写対象面において、前記あおり投写に起因する前記画像の輝度ムラをほぼ打ち消すような輝度分布であることを要旨とする。
【００３２】
本発明の第３の投写型表示装置においては、光源装置から射出される光線束の輝度分布が、画像光をあおり投写することに起因する、投写対象面上に結像する画像の輝度ムラを、ほぼ打ち消すような分布であることから、このあおり投写に起因する輝度ムラを軽減し、画像の輝度をほぼ均一にすることが可能となる。
【００３３】
また、上述の本発明の第１、第２、第３のいずれかの投写型表示装置において、
前記リフレクタの反射面は、回転放物面または回転楕円面の凹面であって、その一部が切除された形状であってもよい。
【００３４】
このような形状とすることで、光源装置全体を小型化することができ、上述の投写型表示装置も小型化することが可能となる。
【００３５】
また、上述の本発明の第１、第２、第３のいずれかの投写型表示装置において、
前記光源ランプに、または、その近傍に設けられ、前記光源ランプ側に凹面を成す反射面を有する反射部を、さらに備えてもよい。
【００３６】
例えば、リフレクタの反射面が、回転放物面の凹面の一部を切除された形状である場合には、光源ランプから射出された光のうち、その切除された部分に導かれる光は、リフレクタで反射されず、そのまま抜けてしまい、インテグレータ光学系に入射されないが、上述した構成とすることにより、例えば、その切除された部分に導かれる光を、上記反射部でリフレクタに向かって反射して、インテグレータ光学系に入射するようにすれば、光源ランプから射出される光の、利用効率の低下を防ぐことが可能となる。
【００３７】
本発明の第４の投写型表示装置は、光を放射する光源ランプと前記光源ランプから放射された光を反射して所定の方向に光線束を射出するリフレクタとを有する光源装置と、
前記光源装置より射出された光線束から得られる、空間的に分割された部分光線束を、所定の照明領域上で重畳するインテグレータ光学系と、
前記照明領域を有し、与えられた画像信号に基づいて、重畳して得られた光線束を変調して、画像を表す画像光として射出する光変調素子と、
前記光変調素子から射出される前記画像光を、投写対象面に投写し、前記投写対象面上で画像を結像させる投写光学系と、
を備え、
少なくとも、前記インテグレータ光学系および前記投写光学系の各光軸を結ぶ光学系中心軸が前記投写対象面に対して垂直に交わらないように配置され、あおり投写となる場合に、前記インテグレータ光学系から前記投写光学系までの光路中に配置され、光を透過または反射することにより、前記投写対象面において、前記あおり投写に起因する前記画像の輝度ムラをほぼ打ち消すような、不均一な輝度分布を形成させる光学素子を、さらに備えることを要旨とする。
【００３８】
本発明の第４の投写型表示装置においては、上述の光学素子を光が透過または反射することにより、透過または反射する光の輝度分布を意図的に不均一とすることができるため、投写対象面上における画像光の輝度分布も不均一となり、画像光をあおり投写することに起因する、前記投写対象面上に結像する画像の輝度ムラを軽減し、画像の輝度をほぼ均一にすることが可能となる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１の実施例：
Ｂ．第２の実施例：
Ｃ．変形例：
【００４０】
Ａ．第１の実施例：
図１は、本発明の第１の実施例としてのリアプロジェクタおける、主要光学系１００を示す説明図である。図１に示すように、主要光学系１００は、インテグレータ光学系を含む照明光学系１１４と、液晶パネル３０９と、クロスダイクロイックプリズム３１０と、投写光学系３１１と、を備えている。また、照明光学系１１４は、光源装置１０１と、第１のレンズアレイ３０４と、第２のレンズアレイ３０５と、偏光ビームスプリッタ３０６と、重畳レンズ３０７と、フィールドレンズ３０８とを備えている。なお、これら光学要素のうち、光源装置１０１以外については、図３にて示したのと同一の光学要素であるので、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
本実施例において、光源装置１０１以外の各光学要素は、光学系中心軸１１３を基準として配置されているのに対し、光源装置１０１は、その光源光軸１１２を、光学系中心軸１１３に対し、平行ではあるが、所定の間隔を隔てるように、配置されている。
【００４２】
光源装置１０１は、光源ランプ１０３と、リフレクタ１０２と、を備えている。リフレクタ１０２は、反射面の形状が回転放物面であるリフレクタを、光源光軸１１２を含むｘ−ｚ面で切断した形状となっている。この切断された反射面（以下「半回転放物面」と呼ぶ。）１０２Ｒは、例えばガラスセラミックスを用いられて形成されており、半回転放物面１０２Ｒ上には、誘電体多層膜が形成されており、半回転放物面１０２Ｒが反射鏡として機能する。なお、半回転放物面１０２Ｒ上には、アルミニウム膜や銀膜などの金属反射膜を形成してもよい。
【００４３】
また、光源ランプ１０３としては、例えば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、その放電電極は、石英ガラスや硬質ガラス等により形成される封体で包まれている。この封体は、図１に示すように半回転放物面１０２Ｒ側とは反対側の半球面上の領域１０４に、半回転放物面１０２Ｒ側が反射面となるように誘電体多層膜が形成されており、反射鏡として機能する。なお、反射鏡として機能すればよいため、誘電体膜に代えてアルミニウム膜や金属反射膜を形成してもよい。
【００４４】
一方、上述したとおり、光源装置１０１以外の各光学要素、すなわち、第１のレンズアレイ３０４、第２のレンズアレイ３０５、偏光ビームスプリッタ３０６、重畳レンズ３０７、フィールドレンズ３０８、液晶パネル３０９、クロスダイクロイックプリズム３１０、投写光学系３１１は、それぞれ、その光軸が光学系中心軸１１３上にて、ほぼ一直線上に並ぶように配置されている。
【００４５】
光源ランプ１０３から射出された光は、半回転放物面１０２Ｒで反射され、射出面１１６から第１のレンズアレイ３０４に向かって、略平行な光線束となって射出される。この時、光源ランプ１０３から射出された光のうち、誘電体多層膜が形成された領域１０４に向かって射出された光は、領域１０４において反射され、半回転放物面１０２Ｒに向かって射出されることとなる。仮に、領域１０４に反射鏡としての機能を持たせなかったとすると、領域１０４に入射した光は、そのまま、半回転放物面１０２Ｒとは反対側に抜けてしまうため、第１のレンズアレイ３０４に向かって射出されず、第１のレンズアレイ３０４に入射する光線束の輝度は低下することとなる。従って、この領域１０４に反射鏡として機能を持たせることにより、リフレクタの反射面が半回転放物面になることによって生じる、光源ランプ１０３からの光の利用効率の低下を防いでいる。
【００４６】
なお、射出面１１６から射出された光が、第１のレンズアレイ３０４に入射され、最終的に画像光として投写光学系３１１から投写されるまでの間の、各光学要素の作用は、図３において述べたのと、ほぼ同様であるので、その部分の説明は省略する。
【００４７】
また、本実施例においても、実際に、カラー画像を表示するためには、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色の光が必要であるが、図１では、図３の場合と同様に、そのうち１色分の光についての光学系しか記載されていない。他の２色の光についての光学系に関しては、同様の構成であるため、説明を簡略化するために省略している。
【００４８】
本実施例においては、上述のような光源装置１０１を有する光学系を用いることにより、液晶パネル３０９に照射される光線束の輝度分布を意図的に不均一として、あおり投写に起因して、スクリーン上に結像した画像で発生する輝度ムラを、ほぼ打ち消すようにしている。
【００４９】
以下、上述の光源装置１０１を有する光学系を用いることにより、液晶パネル３０９に照射される光線束の輝度分布が不均一となるメカニズムと、それによりあおり投写に起因して発生する画像の輝度ムラを打ち消すメカニズムについて、従来の照明光学系３１４を用いた場合と対比させて説明する。
【００５０】
図６は、従来における、光源装置３０１から射出された略平行な光線束の輝度分布と、液晶パネル３０９入射面における光の輝度分布とを示す説明図である。
【００５１】
図６における（Ａ）は、光源装置３０１と、第１のレンズアレイ３０４との位置関係を示す説明図である。なお、図では、説明をわかりやすくするために、第１のレンズアレイ３０４は、縦方向に同じ大きさの小レンズが６つ並んでいるものとしている。
【００５２】
図６における（Ｂ）は、輝度を横軸とし、光源光軸３１２からの距離を縦軸とするグラフであり、射出面３１３における略平行な光線束の輝度分布６１７を示している。この輝度分布６１７を縦方向に沿って６等分すると、各々の輝度分布６１１、６１２、６１３、６１４、６１５、６１６は、第１のレンズアレイ３０４を構成する６つの各小レンズの入射面上の輝度分布を、それぞれ示すことになる。
【００５３】
図６における（Ｃ）は、輝度を横軸とし、光源光軸３１２からの距離を縦軸とするグラフであり、液晶パネル３０９の入射面における略平行な光線束の輝度分布６２７を示している。なお、図６（Ｂ）における各小レンズに入射する光線束の輝度分布６１１、６１２、６１３、６１４、６１５、６１６は、液晶パネル３０９の入射面では、図６（Ｃ）に示す輝度分布６２１、６２２、６２３、６２４、６２５、６２６にそれぞれ対応する。
【００５４】
図６（Ｄ）は、入射面を正面とした、液晶パネル３０９の外観を示す斜視図である。
【００５５】
図６（Ｂ）で示すように、射出面３１３から射出された光線束の輝度分布６１７は、光源光軸３１２を中心として軸対称となっており、光源光軸３１２の位置を最大とし、この光源光軸３１２から離れるほど小さくなるという不均一な分布を示している。このような輝度分布６１７を示す光線束は、第１のレンズアレイ３０４において、各小レンズごとの空間的に分離された中間光線束となって射出された後、第２のレンズアレイ３０５、偏光ビームスプリッタ３０６、重畳レンズ３０７、フィールドレンズ３０８をそれぞれ介して、液晶パネル３０９の入射面に重畳される。従って、図６（Ｂ）において、輝度分布６１１と輝度分布６１６、輝度分布６１２と輝度分布６１５、あるいは輝度分布６１３と輝度分布６１４のように、光源光軸３１２に対して軸対称となっている輝度分布同士が、液晶パネル３０９の入射面上で重畳されると、各々の輝度分布の不均一さが互いに相殺される。このため、液晶パネル３０９の入射面における実際の輝度分布６２７は、図６（Ｃ）に示すようにほぼ均一となり、図６（Ｄ）のような照射状態となる。
【００５６】
このような、従来における、光源装置３０１を有する光学系を用いた場合に比較して、本実施例の場合は、次のごとくなる。
図７は、本発明の第１の実施例における、光源装置１０１から射出された略平行な光線束の輝度分布と、液晶パネル３０９入射面における光の輝度分布と、を示す説明図である。図７は、図６と対応させて記載しており、第１のレンズアレイ３０４における小レンズの数や、各グラフの軸の意味、また輝度分布の６等分の方法については、上述した図６の説明と同じであるので、それらの説明は省略する。ただし、図７（Ｃ）のグラフにおける縦軸は、図６（Ｃ）のグラフにおける縦軸である、光源光軸３１２からの距離と異なり、光学系中心軸１１３からの距離を示している。また、図７（Ｂ）における第１のレンズアレイ３０４の小レンズに入射する光線束の輝度分布７５１、７５２、７５３、７５４、７５５、７５６は、液晶パネル３０９の入射面では、図７（Ｃ）に示す輝度分布７６１、７６２、７６３、７６４、７６５、７６６に、それぞれ対応する。
【００５７】
従来における光源装置３０１を有する光学系を用いた場合、上述のように、第１のレンズアレイ３０４の各小レンズに入射する光線束の輝度分布は、光源光軸３１２を中心とした軸対称となるため、液晶パネル３０９の入射面上での実際の輝度分布６２７は、図６（Ｃ）で示すようにほぼ均一となっていた。これに対し、本実施例における光源装置１０１を有する光学系を用いた場合、主要光学系１００では、その光源光軸１１２が、光学系中心軸１１３に対し、平行ではあるが、所定の間隔を隔てるように、配置されているため、射出面１１６から射出されて、レンズアレイ３０４の各小レンズに入射される光線束の輝度分布７５７は、光学系中心軸１１３を中心とした軸対称とはなっておらず、光源光軸１１２の位置を最大とし、この光源光軸１１２から離れるほど小さくなるという不均一な分布を示している。従って、図７（Ｂ）において、輝度分布７５１〜７５６のように、光学系中心軸１１３に対して軸対称となっていない輝度分布が、液晶パネル３０９の入射面上で重畳されると、各々の輝度分布の不均一さは強調される。このため、液晶パネル３０９の入射面における実際の輝度分布７６７は、図７（Ｃ）に示すように不均一になり、平面的には、図７（Ｄ）で示すように、液晶パネル３０９の入射面における下底の中点７７１を最大として、その点から離れるほど小さくなるという不均一な分布となる。
【００５８】
図８は、本発明の第１の実施例における、リアプロジェクタを用いた画像の投写を示す説明図である。図８において、（Ａ）は、リアプロジェクタ８００の外観を示す斜視図であり、正面にスクリーン８０１の表面が露出している。なお、リアプロジェクタ８００の設置面（リアプロジェクタ８００の底面）に対して垂直方向の、スクリーン８００上の中心線を、８１１とする。また図２において、（Ｂ）は、図８（Ａ）におけるリアプロジェクタ８００を、中心線８１１に沿って切断した断面をｂ−ｂ方向から見た断面図であり、主要光学系１００と、反射鏡８０２と、スクリーン８０１と、の位置関係を示している。
【００５９】
図８（Ｂ）において、反射鏡８０２で折り返された光学系中心軸１１３は、スクリーン８０１面に垂直となっておらず、法線８０４から角度θだけずれた、スクリーン８０１の下方からのあおり投写となっている。また、主要光学系１００では、図８（Ｂ）に示すように、光源光軸１１２が、光学系中心軸１１３に対し、平行ではあるが、画像光の射出方向に向かって、上方に所定の間隔だけ隔てるように配置されている。
【００６０】
このような位置関係においては、仮に液晶パネル３０９の入射面上での輝度がほぼ均一となっていれば、下方からのあおり投写になっていることに起因して、従来におけるリアプロジェクタ２００と同様に、図８（Ａ）におけるスクリーン８０１の中心線８１１と下底との交点８１２を最大として、この交点８１２から離れるほど小さくなるという、画像の輝度ムラを生じることとなる。
しかしながら、本実施例においては、上述したとおり、液晶パネル３０９の入射面における輝度分布７６７は、図７（Ｄ）で示すように、液晶パネル３０９の入射面における下底の中点７７１を最大として、その点から離れるほど小さくなるという不均一な分布となっている。そこで、輝度が最大となる交点７１１を通る光は、図８（Ａ）におけるスクリーン８０１の中心線８１１と上底との交点８１３を照射することとなるので、投写光学系３１１から射出される画像光のスクリーン８０１上での輝度は、この交点８１３を最大として、この交点８１３から離れるほど小さくなるという不均一な分布を示すこととなる。
したがって、この不均一な輝度の分布は、上述したあおり投写に起因する画像の輝度ムラをほぼ打ち消すように作用するので、スクリーン８０１上における画像の輝度はほぼ均一になる。
【００６１】
以上説明したように、第１の実施例においては、あおり投写に起因する画像の輝度ムラと同様な不均一な輝度分布を、液晶パネル３０９に入射する光線束に対して意図的に与えるとともに、この光線束を元にスクリーン８０１に投写される画像光の不均一な輝度分布が、あおり投写に起因する画像の輝度ムラに対して、スクリーン８０１の中心点を軸として、対称の位置となるように、主要光学系１００、反射鏡８０２、スクリーン８０１のそれぞれを配置することにより、あおり投写に起因する画像の輝度ムラを打ち消し、輝度を略均一とすることが可能となる。
【００６２】
また、第１の実施例においては、リフレクタ１０２を、回転放物面ではなく、その回転放物面を光源光軸１１２を含む面にて半分に切断した形状とすることにより、不要な部分を切除しているので、その分光源装置１０１全体を小型化することができ、リアプロジェクタ８００の筐体も小型化することが可能となる。
【００６３】
Ｂ．第２の実施例：
図９は、本発明の第２の実施例としてのリアプロジェクタに用いる、輝度不均一化フィルタ９００を示す斜視図である。本実施例において、この輝度不均一化フィルタ９００は、例えば、図３に示す主要光学系３００において、光線束の輝度分布がほぼ均一となっている、フィールドレンズ３０８の入射面から投写光学系３１１の射出面に至る光路中における何れかの位置に、その光軸を光源光軸３１２が通るように配置される。
【００６４】
この輝度不均一化フィルタ９００は、透過性のあるガラスやプラスティック等で構成されており、表面に研磨処理が施されており、その表面の研磨度合いを面上の位置によって変えることにより、透過率が面上の位置によって変化している。具体的には、図９に示すように、輝度不均一化フィルタ９００の入射面の１つの縁辺と輝度不均一化フィルタ９００の中心線９０１との交点９０２での透過率が最も小さく、その点から離れるほど透過率が大きくなるようにしている。
【００６５】
上述のように、輝度不均一化フィルタ９００の透過率が面上の位置によって異なるため、輝度分布がほぼ均一な光線束が、この輝度不均一化フィルタ９００を通過すると、通過した光線束の輝度も、この輝度不均一化フィルタ９００の面と平行なｙ−ｚ面上の位置によって異なる。具体的には、透過率の最も小さい交点９０２を通る光の輝度が最も小さく、交点９０２から離れるほど輝度が大きくなる、という不均一な輝度分布を生じることとなる。
【００６６】
そこで、本実施例において、輝度不均一化フィルタ９００は、交点９０２を透過する光が図２（Ａ）におけるスクリーン２０１の中心線２１１と下底との交点２１２を照射するような向きに配置される。
【００６７】
図２（Ｂ）で示すようなあおり投写の位置関係においては、下方からのあおり投写になっていることに起因して、図２（Ａ）におけるスクリーン２０１の中心線２１１と下底との交点２１２を最大として、この交点２１２から離れるほど小さくなるという、画像の輝度ムラを生じていた。
これに対し、本実施例においては、輝度不均一化フィルタ９００が、図３に示す主要光学系３００中に、上述したように配置されることにより、輝度不均一化フィルタ９００を透過した光線束の輝度分布は、輝度不均一化フィルタ９００の入射面上の交点９０２を最小として、その点から離れるほど大きくなるという不均一な分布となる。そこで、この輝度分布において、輝度が最小となる光が図２（Ａ）における交点２１２を照射することとなるので、投写光学系３１１から射出される画像光の輝度分布は、この交点２１２を最小として、この交点２１２から離れるほど大きくなるという不均一な分布を示すこととなる。
したがって、この不均一な輝度の分布は、上述したあおり投写に起因する画像の輝度ムラをほぼ打ち消すように作用するので、スクリーン２０１上における、画像の輝度はほぼ均一になる。
【００６８】
また、第２の実施例では、輝度不均一化フィルタ９００を追加するだけでよいため、通常の投写型表示装置の構成を大幅に変更する必要がない。
【００６９】
Ｃ．変形例
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り、例えば以下のような変形も可能である。
【００７０】
（１）第１および第２の実施例においては、リアプロジェクタにおける例を示しているが、これに限らず、フロント型プロジェクタにおいても、本発明を適用することにより、同様にあおり投写に起因する画像の輝度ムラを軽減することができる。また、プロジェクタに限らず、背面投写型遊技機などにおいても、本発明を適用することは可能である。
【００７１】
（２）第１および第２の実施例においては、下方からのあおり投写の例を示しているが、これに限らず、上方から、あるいは、左方もしくは右方からのあおり投写においても、本発明を適用することができる。
例えば、第１の実施例において、上方からのあおり投写の場合には、あおり投写に起因する画像の輝度ムラは、図２（Ａ）で示す輝度ムラを上下逆向きとしたムラとなるため、光源光軸１１２を、光学系中心軸１１３に対し、平行ではあるが、図８（Ｂ）とは逆に、画像光の射出方向に向かって下方に所定の間隔だけ隔てるように、光源装置１０１を配置する。この配置により、画像光の輝度分布を、スクリーン８０１上の交点８１２が最大となり、この交点８１２から離れるほど小さくなるという分布にすることができ、あおり投写に起因する輝度ムラを打ち消して、輝度を略均一とすることができる。
このように、第１の実施例においては、光源光軸１１２を、光学系中心軸１１３と平行かつ所定の間隔をあけたまま、光源装置１０１が、あおりの方向に応じた向きに配置されることにより、あおり投写に起因する画像の輝度ムラを軽減することができる。
また、第２の実施例において、上方からのあおり投写の場合には、図９における輝度不均一化フィルタ９００の面上での透過率が最小となる交点９０２を透過する光が、図２（Ａ）におけるスクリーン２０１の中心線２１１と上底との交点２１３を照射するように、輝度不均一化フィルタ９００を配置することによって、下方からのあおり投写の場合と同様に、あおり投写の輝度ムラを打ち消して、輝度を略均一とすることができる。
このように、第２の実施例においては、あおりの方向に応じて、図９における輝度不均一化フィルタ９００の面上での透過率が最小となる交点９０２を透過する光が、あおり投写に起因する画像の輝度ムラのうち、最大輝度となる点を投写するように、輝度不均一化フィルタ９００を配置することで、あおり投写に起因する画像の輝度ムラを軽減することができる。
【００７２】
（３）第１の実施例においては、光源装置１０１は、回転放物面を半分に切断した形状の反射面を有するリフレクタ１０２を備えているが、これに代えて、回転楕円面を半分に切断した形状の反射面を有するリフレクタを、平行化レンズとともに用いるようにしてもよい。
【００７３】
（４）また、第１の実施例においては、光源装置１０１のリフレクタ１０２は、回転放物面を光源光軸１１２を含む面で、半分に切断した形状であるものを用いているが、本発明におけるリフレクタの反射面は、従来の光源装置のリフレクタを、半分に限らず、光学系中心軸を中心とした軸対称な輝度分布を有さない光線束を射出するように、切断するのであれば、どの位置でどのように切断した形状でも構わない。
【００７４】
（５）さらに、第１の実施例においては、光源装置１０１のリフレクタ１０２は、回転放物面を切断した形状であるが、これに限らず、例えば図３の光源装置３０１のリフレクタ３０２のように、回転放物面を切断しないままの形状であってもよく、この場合、光源光軸３１２を光学系中心軸に対して平行ではあるが、所定の間隔を隔てるように、光源装置３０１が配置されていれば、あおり投写に起因する画像の輝度ムラを軽減することができる。すなわち、本発明における光源装置としては、輝度分布が光学系中心軸を中心とした軸対称とはならないような光線束を射出するものであればよい。
この場合、反射面を切断しなくてよいため、通常の光源装置をそのまま利用できるという利点がある。
【００７５】
（６）第１の実施例においては、光源ランプ１０３の封体表面上の領域１０４に反射鏡として機能を持たせることにより、リフレクタ１０２の反射面が、回転放物面を切断した形状であることによって生じる、光源ランプ１０３から射出される光の利用効率の低下を防いでいるが、これに限らず、半回転放物面１０２Ｒの反対側に向けて光源ランプ１０３から射出された光を、反射して半回転放物面１０２Ｒに対して射出する反射鏡を、封体とは独立して設けることで同様の効果を得ることができる。
例えば、凹面を有して、その凹面の表面を反射面とする反射膜を形成した反射鏡を封体付近に設け、半回転放物面１０２Ｒと反対側に抜けてしまう光を反射し、半回転放物面１０２Ｒに向けて射出するように配置することにより、光源ランプ１０３からの光の利用効率の低下を防ぐことができる。
【００７６】
（７）第１および第２の実施例において、光変調素子として液晶パネルを用いた例を示しているが、これに限られない。光変調素子としては、一般に、入射光を画像情報に応じて変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調装置などを利用してもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。
【００７７】
（８）第２の実施例において、輝度不均一化フィルタ９００は、透過性のあるガラスやプラスティックの表面の研磨度合いを変化させることにより、透過率を面上の位置によって変化させているが、研磨に代えて、濃淡のついたフィルムをその表面に貼付することにより、透過率を面上の位置によって変化させてもよい。
【００７８】
（９）第２の実施例において、輝度不均一化フィルタ９００を用いているが、これに代えて、透過率を変化させるような濃淡のついたフィルムを、主要光学系における何れかの光学要素の表面に貼付することにより、輝度不均一化フィルタ９００と同等の機能を持たせるようにしてもよい。
【００７９】
（１０）第２の実施例において、輝度不均一化フィルタ９００は、入射される光を透過することにより、その射出される光の輝度を変化させているが、これに代えて、反射面を有し、その反射面上の位置によって反射率が異なるような光学素子を用いて、入射される光を反射することにより、その反射光の輝度を変化させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の投写型表示装置における主要光学系１００を平面的に見た説明図。
【図２】リアプロジェクタ２００の外観を示す斜視図およびリアプロジェクタ２００の内部構造の概要を示すリアプロジェクタ２００の断面図。
【図３】投写型表示装置における主要光学系３００を平面的に見た説明図。
【図４】投写型表示装置を用いて投写される画像を示す説明図。
【図５】あおり投写による画像の歪みを補正した場合に、スクリーン２０１上に表示される画像と液晶パネル３０９に形成される画像との関係を示す説明図。
【図６】光源装置３０１から射出された略平行な光線束の輝度分布と液晶パネル３０９の入射面における光の輝度分布とを示す説明図および液晶パネル３０９の斜視図。
【図７】本発明の実施例１の投写型表示装置における光源装置１０１から射出された略平行な光線束の輝度分布と液晶パネル３０９の入射面における光の輝度分布とを示す説明図および液晶パネル３０９の斜視図。
【図８】本発明の実施例１の投写型表示装置であるリアプロジェクタ８００の外観を示す斜視図とリアプロジェクタ８００の内部構造の概要を示す説明図。
【図９】本発明の実施例２の投写型表示装置における輝度不均一化フィルタ９００の斜視図。
【符号の説明】
１００、３００…主要光学系
１０１、３０１…光源装置
１０２、３０２…リフレクタ
１０２Ｒ…半回転放物面
１０３、３０３…光源ランプ
１０４、５０２、５１０、５１１、５２０、５２１…領域
１１２、３１２…光源光軸
１１３…光学系中心軸
１１４、３１４…照明光学系
１１６、３１３…射出面
２００、８００…リアプロジェクタ
２０１、８０１…スクリーン
２０２、８０２…反射鏡
２０３、８０４…法線
２１１、８１１、９０１…中心線
２１２、２１３、８１２、８１３、９０２…交点
３０２Ｒ…回転放物面
３０４…第１のレンズアレイ
３０５…第２のレンズアレイ
３０６…偏光ビームスプリッタ
３０７…重畳レンズ
３０８…フィールドレンズ
３０９…液晶パネル
３１０…クロスダイクロイックプリズム
３１１…投写光学系
４００、４１０、５００、５５０…画像
５６１ｐ〜５６４ｐ、５６１ｑ〜５６４ｑ…頂点
６１１〜６１７、６２１〜６２７、７５１〜７５７、７６１〜７６７…輝度分布
７７１…中点
９００…輝度不均一化フィルタ
【図１】
2005037594.tif 000003
【図２】
2005037594.tif 000004
【図３】
2005037594.tif 000005
【図４】
2005037594.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005037594.tif 000008
【図７】
2005037594.tif 000009
【図８】
2005037594.tif 000010
【図９】
2005037594.tif 000011