(57)【要約】【課題】  照明領域のフレアを改善することのできる投写型表示装置を提供する。【解決手段】  入射光を赤、青、緑の３つの色に分離して、分離した各色の光でそれぞれ異なるライトバルブを照明する色分離照明部２２０を有する。色分離照明部２２０は、入射光をライトバルブの有効照明領域に集光するための集光レンズ２２０を有する。集光レンズ２２０を、入射側が凸面、出射側が凹面とされた、正のパワーを有するメニスカスレンズより構成したことで、照明系の収差をより内側へ向ける。【選択図】  図１
2005227623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのライトバルブを照明する照明光学系を有し、
前記照明光学系は、入射光を前記ライトバルブの有効照明領域に集光するための集光手段を有し、該集光手段は、入射側が凸面、出射側が凹面とされた、正のパワーを有する少なくとも１つのメニスカスレンズを有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記照明光学系は、入射光を赤、青、緑の３つの色に分離する色分離手段を有し、前記メニスカスレンズが前記色分離手段の入射側に配置されている、請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記照明光学系は、入射光から青色の成分を分離する色分離手段を有し、前記メニスカスレンズが、少なくとも前記色分離手段にて分離された青色の光路に配置されている、請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記メニスカスレンズが前記ライトバルブの入射面側に配置されたコンデンサレンズである、請求項４に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記照明光学系は、入射光を赤、青、緑の３つの色に分離する色分離手段を有し、前記メニスカスレンズが、前記色分離手段にて分離された各色の光路に配置されている、請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記メニスカスレンズが、前記ライトバルブの入射面側に配置されたコンデンサレンズである、請求項５に記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記メニスカスレンズは、像面における最外角点からの主光線を光線Ｃ、前記最外角点から瞳の最下部を通る光線を光線Ｄ、前記最外角点から瞳の最上部を通る光線を光線Ｕとし、結像面上で、光軸と交わる点を基準として、前記光線Ｃと交わる点の前記基準からの距離をｃ、前記光線Ｄと交わる点の前記基準からの距離をｄ、前記光線Ｕと交わる点の前記基準からの距離をｕとするとき、
｜ｄ−ｃ｜／｜ｕ−ｃ｜＜０．５
の条件を満たすように形成されている、請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学ユニットと、
前記光学ユニットからの照明光により照明される複数のライトバルブと、
前記複数のライトバルブで生成された画像光を合成してスクリーン上に投写する投写手段とを有する投写形表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等のライトバルブによって生成された画像光をスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置およびその照明系に関する。
【背景技術】
【０００２】
ライトバルブを備える投写型表示装置では、ライトバルブを均一に照明するために、フライアイ光学系やロット光学系を用いることが多い（特許文献１参照）。図６に、フライアイ光学系を備える従来の投写型表示装置の一例を示す。
【０００３】
図６を参照すると、投写型表示装置は、光源部１００、色分離照明部２００、画像表示部３００、色合成結像部４００をそれぞれ搭載した光学ユニット６０１を有する。光学ユニット６０１は、光源部１００、色分離照明部２００および色合成結像部４００の全体または一部が交換可能に構成されている。以下に、各構成部の詳細な構成について説明する。
【０００４】
＜光源部１００＞
光源部１００は、光源１０１と、この光源１０１からの光を効率良く集めるための反射鏡１０２と、この反射鏡１０２からの光を効率良く色分離照明部２００に伝えるカバー硝子１０３とを有する。
【０００５】
＜色分離照明部２００＞
色分離照明部２００は、光源部１００からの光で画像表示部３００を構成する各ライトバルブ３１０、３２０、３０１を均一に照明するための１対のフライアイ２０１、２０２を有する。各フライアイ２０１、２０２を通過した光の進行方向には、光源部１００から放射されるランダムな偏光光を直線偏光に揃えるための偏光変換素子２０３と、各ライトバルブに光を効率良く照明するための集光レンズ２２１と、光源部１００から放射される白色光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光に分離するための２枚のダイクロイックミラー２０４、２０５とを有する。
【０００６】
１枚目のダイクロイックミラー２０４は、集光レンズ２２１を通過した光（白色）が入射角４５度で入射するように配置されており、入射した光（白色）のうち、Ｇ光及びＲ光が直進し、Ｂ光が９０度方向に反射する。２枚目のダイクロイックミラー２０５は、ダイクロイックミラー２０４を直進したＧ光及びＲ光が入射角４５度で入射するように配置されており、Ｇ光が９０度方向に反射し、Ｒ光が直進する。
【０００７】
ダイクロイックミラー２０４にて反射されたＢ光の進行方向に反射ミラー２１１が配置されており、この反射ミラー２１１で反射されたＢ光の進行方向にコンデンサレンズ２０８が配置されている。ダイクロイックミラー２０５にて反射されたＧ光の進行方向に、コンデンサレンズ２０９が配置されている。ダイクロイックミラー２０５を直進したＲ光の進行方向に、リレーレンズ２０６、反射ミラー２１２が順次配置され、この反射ミラー２１２にて反射されたＲ光の進行方向に、リレーレンズ２０７、反射ミラー２１３が順次配置され、この反射ミラー２１３にて反射されたＲ光の進行方向にコンデンサレンズ２１０が配置されている。Ｒ光路は他の光路（Ｂ光路およびＧ光路）に比べて長いため、これを補正するために、２枚のリレーレンズ２０６、２０６が設けられている。１枚目のリレーレンズ２０６の近傍に、他の光路上のライトバルブ３１０、３２０近傍と同等の照明分布が形成され、２枚目のリレーレンズ２０７のパワーにより、ライトバルブ３３０上に転写照明を行う。コンデンサレンズ２０８、２０９、２１０は、投写レンズ４０１の射出瞳の位置に効率良く光を入射させるためのものである。
【０００８】
＜画像表示部３００＞
画像表示部３００は、電気信号により動作する光変調を行うためのライトバルブ３１０、３２０、３３０と、それぞれのライトバルブに入射する光の偏光成分を揃えるための偏光板３０１、３０２、３０３と、それぞれのライトバルブで変調した光の階調表示を行うための偏光板３０４、３０５、３０６とを有する。ライトバルブ３１０、３２０、３３０としては、例えば液晶ライトバルブを適用することができる。
【０００９】
＜色合成結像部４００＞
色合成結像部４００は、各ライトバルブ３１０、３２０、３３０を通過した光の交差する位置に設けられたクロスダイクロイックプリズム４１０と、このクロスダイクロイックプリズム４１０の出射面側に配置された投写レンズ４０１とを有する。投写レンズ４０１は、各ライトバルブ３１０、３２０、３３０にて形成される画像を投写スクリーン５０１上に拡大投写するものであって、同一投写距離において投写画面サイズを変えることのできるズーム型投写レンズまたは投写画面サイズを変えることのできない固定焦点型投写レンズのいずれかで構成される。
【００１０】
上述したように構成された投写型表示装置では、光源１０１から放射されたランダムな偏光光（白色光）が直接または反射鏡１０２にて反射されてカバー硝子１０３を通過する。反射鏡１０２が放物面鏡の場合は、カバー硝子１０３は両面平面構造とされ、反射鏡１０２が楕円面鏡の場合には、カバー硝子１０３は負のパワーを持つレンズ構造とされる。いずれの構造の場合も、カバー硝子１０３を通過した光は略平行光となり、効率良く色分離照明部２００に入射する。
【００１１】
色分離照明部２０では、光源部１００からの光がフライアイ２０１、２０２、偏光変換素子２０３を順次通過する。このとき、フライアイ２０２近傍では、光源像がフライアイ２０１の各セル光軸上近傍に投影される。偏光変換素子２０３は、こうして投影された光源像の間隔を利用して、各セルからの光束の偏光光をそれぞれ直線偏光に揃えるようになっている。
【００１２】
偏光変換素子２０３から出射した直線偏光は、集光レンズ２２０を通過してダイクロイックミラー２０４に入射する。ダイクロイックミラー２０４では、入射した光のうちのＢ光がとＲ・Ｇ光に分離される。Ｂ光は、反射ミラー２１１にて反射され、この反射光はコンデンサレンズ２０８、偏光板３０１を順次通過してライトバルブ３１０の有効照明領域を照射する。一方、Ｒ・Ｇ光は、ダイクロイックミラー２０４にてＲ光とＧ光に分離される。Ｇ光は、コンデンサレンズ２０９、偏光板３０２を順次通過してライトバルブ３２０の有効照明領域を照射する。Ｒ光は、リレーレンズ２０６を通過した後、反射ミラー２１２にて反射され、さらにリレーレンズ２０７を通過した後、反射ミラー２１３にて反射される。この反射ミラー２１３からの反射光は、コンデンサレンズ２１０、偏光板３０３を順次通過してライトバルブ３３０の有効照明領域を照射する。
【００１３】
ライトバルブ３１０、３２０、３３０のそれぞれには、外部から供給される映像信号に基づいて生成された対応する色に関する信号が供給されており、その入力信号に応じて光変調が行われる。各ライトバルブ３１０、３２０、３３０に入射する光は、それぞれ偏光板３０１、３０２、３０３にて、すでに直線偏光光にそろえられた入射光のうち十分に直線偏光に変換されていない成分がカットされる。これにより、映像のコントラストを高めることができる。各ライトバルブ３１０、３２０、３３０からの変調光は、それぞれ偏光板３０４、３０５、３０６を通過して色合成結像部４００のクロスダイクロイックプリズム４１０に入射する。各偏光板３０４、３０５、３０６では、階調表示が行われるとともに映像のコントラストが高められる。
【００１４】
色合成結像部４００では、各ライトバルブ３１０、３２０、３３０にて変調された光情報がクロスダイクロイックプリズム４１０により合成され、投写レンズ４０１により投写スクリーン５０１上に拡大投写される。こうして、カラー表示画像を得る。
【特許文献１】特開２０００−１３７２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述した従来の投写型表示装置には、以下のような問題がある。
【００１６】
図７に、図６に示した投写型表示装置の色分離照明部の光学部品レイアウトの一例を示す。図７中、「Ｓｕｒｆ」欄は面数を記載した欄で、この欄中の「ＯＢＪ」は物体面、「ＩＭＡ」は像面、「ＳＴＯ」は規制している開口面をそれぞれ示す。「Ｒａｄｉｕｓ」欄には、配置している硝子の球のＲ形状（曲率半径）がｍｍ単位で示されている。この「Ｒａｄｉｕｓ」欄中の「Ｉｎｆｉｎｉｔｙ」は平面を示す。「Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ」欄には、硝子部品の厚み又は間隔がｍｍ単位で示されている。この「Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ」欄中の「Ｉｎｆｉｎｉｔｙ」は無限遠を示す。「Ｇｌａｓｓ」欄には、硝子部品の硝材名が示されている。この「Ｇｌａｓｓ」欄において、空欄としたところは空間であることを示す。「Ｄｉａｍｅｔｅｒ」欄には、部品の有効直径がｍｍ単位で示されている。
【００１７】
図７に示した光学部品レイアウトは、具体的には、集光レンズ２２１からライトバルブ３１０の結像面までの間の光学部品配置をシミュレーションにより求めたものであって、「ＳＴＯ」面を集光レンズ２２１の入射面の中心点に接する平面とし、その有効径をφ４２とし、「ＳＴＯ」面に入射する光の最大画角を５．６度として計算したものである。集光レンズ２２１は、入射面の球Ｒが７３．４ｍｍ、出射面の球Ｒが−１３０８．８ｍｍ、厚さが８ｍｍの両凸レンズであって、その材料は硝材「Ｅ−Ｆ２」である。コンデンサレンズ２０８は、入射面の球Ｒが３７．１ｍｍ、出射面が平面、厚さが４ｍｍの平凸レンズであって、その材料は硝材「ＢＫ７」である。集光レンズ２２１とコンデンサレンズ２０８の間隔は、直線距離換算で９４ｍｍである。偏光変換素子２０３の出射面から集光レンズ２２１の入射面までの距離は４２ｍｍ（＝４２ｍｍ＋０ｍｍ）である。
【００１８】
分岐光路としてＧ光路を含む場合も、図７に示した光学部品レイアウトと同様なものとなる。なお、分岐光路としてＲ光路を含む場合は、厳密には、図７の光学部品レイアウトとはならない。しかし、１枚目のリレーレンズ２０６の近傍に、他の光路上のライトバルブ近傍と同等の照明分布が形成され、２枚目のリレーレンズ２０７のパワーにより、ライトバルブ３３０上に転写照明を行う構成であることから、これらリレーレンズ２０６、２０７を除く簡易な構成での設計が可能であり、その場合の光学部品レイアウトは、図７の光学部品レイアウトと基本的には同じと考えることができる。よって、以下の説明では、リレーレンズ２０６、２０７の影響は考慮しないものとする。
【００１９】
図８は、図７に示した光学部品レイアウトでのイメージ面（ライトバルブの結像面）におけるスポットダイアグラム図である。図面に向かって左から順に、Ｇ光（５４６ｎｍ）、Ｂ光（４６０ｎｍ）、Ｒ光（６１０ｎｍ）のシミュレーション結果を示してある。また、Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光の各シミュレーション結果において、上から順に、画角が０度（垂直入射）、１．４度、２．８度、４．２度、５．６度とした場合のスポットダイアグラムを示してある。
【００２０】
各スポットダイアグラムにおいて、十字ラインより上側が「ＩＭＡ」面における外側方向のコマ収差に関り、下側が「ＩＭＡ」面における内側方向のコマ収差に関る。図８の例では、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれの場合も、最大画角となる５．６度におけるスポットダイアグラムが上下均等に成っている。「ＳＴＯ」面で最大画角（５．６度）の入射光が「ＩＭＡ」面で一番外側を照射することになるが、このとき、最大画角のスポットダイアグラムが上下均等になっていると、外側コマ収差により「ＩＭＡ」面では外側に若干広がった照明になってボケた像となる。特に、Ｂ光における最大画角（５．６度）のスポットダイアグラムは、他のＲ光、Ｇ光における最大画角（５．６度）のスポットダイアグラムに比べて大きくなっているため、特にボケた像となる。
【００２１】
図９に、図７の光学部品レイアウトにおいて、「ＯＢＪ」面における正方形の像が、「ＩＭＡ」面でどのように結像するかを示したシミュレーション結果を示す。図９（ａ）がＲ光（６１０ｎｍ）のシミュレーション結果、図９（ｂ）がＧ光（５４７ｎｍ）シミュレーション結果、図９（ｃ）がＢ光（４６０ｎｍ）のシミュレーション結果である。ただし、この場合もリレーレンズの影響は考慮していない。すなわち、図９（ａ）のＲ光のシミュレーション結果は、厳密にはリレーレンズ近傍に出来る像のイメージである。
【００２２】
図９（ａ）〜図９（ｃ）のシミュレーション結果から分かるように、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれも、「ＩＭＡ」面に結像された正方形の像の輪郭が外側コマ収差によりボケたものとなっている。特に、Ｂ光におけるボケは、他と比べて大きくなっていることが分かる。これは、ライトバルブの結像面では、Ｒ光やＧ光に比べて、Ｂ光が大きくボケた状態で照射されてしまうことを意味する。
【００２３】
以上の説明から分かるように、集光レンズ２２１として両凸レンズを用いる照明系では、照明系のスポットダイアグラムは小さくなるものの、コマ収差がタンジェンシャル方向で上下均等であることから、照明領域にボケ（フレア）を生じる。この場合、ボケを含んだ状態でライトバルブを照明すると、ボケの影響がスクリーン上での色づきや輝度分布として表れて影の様なものができてしまう。このボケの影響を防止するためには、照明領域を広くとってボケを除く内側の均一な領域でライトバルブを照明する必要があり、そのため照明効率が低くなる、という問題が生じる。
【００２４】
加えて、Ｂ光の照明領域におけるボケ（フレア）がＲ光・Ｇ光の照明領域におけるボケ（フレア）より大きいため、このボケの大きさの違いによる影響がスクリーン上で色づきとしてより見え易くなってしまう。このため、特にＢ光の照明領域を多く確保する必要が生じ、その結果、Ｂ光の照明効率が低くなって、相対的に投写画面の色が黄色っぽくなり、色再現性が悪くなる、という問題が生じる。
【００２５】
なお、照明領域のボケの問題は、集光レンズ２２１として正の片凸レンズなどを用いる場合においても生じる。また、照明領域のボケの問題は、上述した３板式のものの他、単板式のものにおいても生じる。
【００２６】
従来は、集光レンズは、形成の容易さや配置のし易さ、あるいは結像面におけるスポットダイアグラムを小さくすことができるといった利点があることから、両凸レンズまたは片凸レンズを用いることが多く、そのため、上述した照明領域のボケの問題を解決することは重要な課題である。
【００２７】
本発明の目的は、照明領域のボケ（フレア）を改善することのできる光学ユニットおよびそれを搭載する投写型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記の目的を達成するため、本発明は、少なくとも１つのライトバルブを照明する照明光学系を有し、該照明光学系は、入射光を前記ライトバルブの有効照明領域に集光するための集光手段を有し、該集光手段は、入射側が凸面、出射側が凹面とされた、正のパワーを有する少なくとも１つのメニスカスレンズを有することを特徴とする。
【００２９】
上記の構成によれば、入射側が凸面、出射側が凹面とされたメニスカスレンズを用いたことにより、照明光学系のコマ収差を、従来のものと比べて、より内側を向いた状態とすることが可能である。コマ収差を内側に向けることで、ライトバルブの結像面における照射領域が、その輪郭（端）においてより急峻となり、かつ、均一になる。このため、照明領域のボケ（フレア）は、従来のものより小さくなる。
【００３０】
また、ボケ（フレア）が小さくなることで、照射領域を従来のものよりも小さくすることができる。この結果、ライトバルブの有効サイズに対して、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各照明領域をある程度の余裕を持たせて設定することが可能となり、また、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各照明分布を近似させることが可能となる。よって、従来のように照明効率が低下したり、色再現性が悪くなったりすることはない。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように、本発明によれば、従来のものより照明系のコマ収差を内側に向けることができるので、ライトバルブの結像面における照射領域のボケ（フレア）を小さくすることができる、という効果がある。
【００３２】
加えて、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各照明領域をある程度の余裕を持たせて設定することができるので、従来に比べて、照明効率を高めることができ、色再現性に優れた表示画像を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態である投写型表示装置の概略構成を示す図である。この投写型表示装置は、図６に示した構成において、集光レンズ２２１の代わりに集光レンズ２２０を配置したものである。集光レンズ２２０以外の構成は、基本的に図６に示したものと同じである。図１中、図６に示したものと同じものには同じ符号を付してある。なお、説明を簡略化するため、以下では、同じ部分についての詳細な説明は省略し、特徴部についてのみ説明する。
【００３５】
集光レンズ２２０は、正のパワーを持つメニスカスレンズよりなる。メニスカスレンズは、入射側に凸面、出射側に凹面を有しており、色分離照明部２００における照明系のコマ収差を内側に向けるように構成されている。
【００３６】
図２に、図１に示した投写型表示装置の色分離照明部の光学部品レイアウトの一例を示す。この光学部品レイアウトは、具体的には、集光レンズ２２０からライトバルブ３１０の結像面までの間の光学部品配置をシミュレーションにより求めたものであって、「ＳＴＯ」面を集光レンズ２２０の入射面の中心点に接する平面とし、その有効径をφ４２とし、「ＳＴＯ」面に入射する光の最大画角を５．６度として計算したものである。集光レンズ２２０は、入射面の球Ｒが６３．１ｍｍ、出射面の球Ｒが５８２．７ｍｍ、厚さが８ｍｍのメニスカスレンズであって、その材料は硝材「Ｅ−Ｆ２」である。コンデンサレンズ２０８は、入射面の球Ｒが３６．９ｍｍ、出射面が平面、厚さが４ｍｍの平凸レンズであって、その材料は硝材「ＢＫ７」である。集光レンズ２２０とコンデンサレンズ２０８の間隔は、直線距離換算で９３．１ｍｍである。偏光変換素子２０３の出射面から集光レンズ２２０の入射面までの距離は４２ｍｍ（＝４２ｍｍ＋０ｍｍ）である。
【００３７】
分岐光路としてＧ光路を含む場合も、図２に示した光学部品レイアウトと同様なものとなる。なお、分岐光路としてＲ光路を含む場合は、厳密には、図２の光学部品レイアウトとはならないが、従来例でも説明したように、リレーレンズ２０６、２０７を除く簡易な構成での設計が可能であることから、図２の光学部品レイアウトと基本的には同じと考えることができる。よって、以下の説明では、リレーレンズ２０６、２０７の影響は考慮しないものとする。
【００３８】
図３は、図２に示した光学部品レイアウトでのイメージ面（ライトバルブの結像面）におけるスポットダイアグラム図である。図面に向かって左から、Ｇ光（５４６ｎｍ）、Ｂ光（４６０ｎｍ）、Ｒ光（６１０ｎｍ）のシミュレーション結果をそれぞれ示してある。また、Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光の各シミュレーション結果において、上から順に、画角が０度（垂直入射）、１．４度、２．８度、４．２度、５．６度とした場合のスポットダイアグラムを示してある。この場合も、十字ラインより上側が「ＩＭＡ」面における外側方向のコマ収差に関り、下側が「ＩＭＡ」面における内側方向のコマ収差に関る。
【００３９】
図３の例では、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれの場合も、最大画角となる５．６度におけるスポットダイアグラムは、上側（外側）が小さく、下側（内側）が大きくなっている。これは、最大像高で、外側のコマ収差が小さく、内側のコマ収差が大きくなっていることを意味する。特に、Ｂ光の最大画角（５．６度）におけるスポットダイアグラムは、他のものより大きいため、内側のコマ収差がより大きなものとなっている。このように、正のパワーを持つメニスカスレンズよりなる集光レンズ２２０を用いたことで、色分離照明部２００における照明系のコマ収差を内側に向けることができる。
【００４０】
次に、照明系のコマ収差を内側に向けたことによる利点について説明する。
【００４１】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に、図３の光学部品レイアウトにおいて、「ＯＢＪ」面における正方形の像が、「ＩＭＡ」面でどのように結像するかを示したシミュレーション結果を示す。図４（ａ）がＲ光（６１０ｎｍ）のシミュレーション結果、図４（ｂ）がＧ光（５４７ｎｍ）シミュレーション結果、図４（ｃ）がＢ光（４６０ｎｍ）のシミュレーション結果である。ただし、この場合もリレーレンズの影響は考慮していない。すなわち、図４（ａ）のＲ光のシミュレーション結果は、厳密にはリレーレンズ近傍に出来る像のイメージである。
【００４２】
図４（ｃ）のＢ光のシミュレーション結果と図９（ｃ）のＢ光のシミュレーション結果を比較すると、本実施形態の方が、「ＩＭＡ」面に結像された正方形の像の輪郭のボケが小さくなっていることが分かる。これは、色分離照明部２００における照明系のコマ収差を内側に向けたことで、ライトバルブ２１０の結像面におけるＢ光の照射領域が、その輪郭（端）において急峻となり、かつ、均一になったことを示しており、照射のボケが小さくなることを意味する。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）のシミュレーション結果からは、照射のボケの改善を明確に読み取れることはできないが、照明系のコマ収差を内側に向けたことで、原理上、Ｒ光、Ｇ光の照射領域においても、照射のボケが小さくなることが予想される。ただし、このＲ光、Ｇ光における改善は、Ｂ光における改善より小さい。
【００４３】
前述の課題の欄で説明したように、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各光路での照明分布に違いがあると、その違いが投写画面上で色づきの違いとして現われて表示画像に影響を与える。特に、ライトバルブの有効サイズに対して照明領域をある程度の余裕を持たせて設定することができない場合には、その表示画像への影響はより大きなものとなる。本実施形態では、照射のボケが改善されたことで、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各光路での照明分布を近似させることができるとともに、従来よりも照射領域を小さくすることができ、ライトバルブの有効サイズに対して照明領域をある程度の余裕を持たせて設定することが可能となる。これにより、照明効率を高めることができる。
【００４４】
次に、照射のボケを改善することのできる、照明系のコマ収差の条件について説明する。
【００４５】
コマ収差が内側に向く状態には、内側コマ収差のみが生じる第１の状態と、内側コマ収差が外側コマ収差より大きくなる第２の状態の２つがある。図５（ａ）に第１の状態を、図５（ｂ）に第２の状態をそれぞれ示す。像面における最外角点からの主光線をＣ、同最外角点から瞳の最下部を通る光線をＤ、同最外角点から瞳の最上部を通る光線をＵとする。また、結像面上で、光軸と交わる点を０とし、光線Ｃと交わる点の０点からの距離をｃ、光線Ｄと交わる点の０点からの距離をｄ、光線Ｕと交わる点の０点からの距離をｕとする。
【００４６】
図５（ａ）に示す第１の状態は、「ｃ＞ｕ，ｄ」の条件で与えられる。図５（ｂ）に示す第２の状態は、「ｄ＞ｃ＞ｕ」で、｜ｕ−ｃ｜＞｜ｄ−ｃ｜（ここで、｜｜は絶対値を示す。）の条件で与えられる。凸面が光源側に向いた正のパワーを持つメニスカスレンズを集光レンズ２２０として使用した場合、球Ｒ（レンズの曲率）の大きさを適宜設定することにより、第１および第２の状態のいずれか状態をとることが可能である。例えば、メニスカスレンズの凸面の球ＲをＲ１、凹面の球ＲをＲ２とすると、
・Ｒ１＜Ｒ２×９（例えばＲ１＝５１、Ｒ２＝２５５）
程度で第１の状態となり、
・Ｒ１＞Ｒ２×１０（例えばＲ１＝５９、Ｒ２＝１１９０）
程度で第２の状態となる。
【００４７】
第１の状態では、内側コマ収差しか生じないため、照射のボケを改善することができる。また、第２の状態でも、内側コマ収差が外側コマ収差より大きくなるので、照射のボケを改善することができる。この場合、内側コマ収差に対する外側コマ収差の割合（＝［｜ｄ−ｃ｜／｜ｕ−ｃ｜］×１００）が小さいほど照射のボケが小さくなる。
【００４８】
集光レンズとして片凸レンズを用いた従来のものにおいても、第２の状態をとることが可能である。シミュレーション結果によれば、片凸レンズを用いた場合の外側コマ収差の割合は５２％（＝［｜ｄ−ｃ｜／｜ｕ−ｃ｜］×１００）であることから、外側コマ収差の割合を５０％未満にすることで、照射のボケの改善による十分な効果が期待される。本実施形態によれば、集光レンズ２２０として凹面が光源側に向いた正のパワーを持つメニスカスレンズを使用したことで、外側コマ収差の割合を５０％未満にすることが可能となっている。例えば、第２の状態において、
・Ｒ１＝Ｒ２×２０
程度で、外側コマ収差の割合は約２３％となる。
【００４９】
以上のことから、照射のボケの改善を図ることのできる、照明系のコマ収差の好適な条件は、
｜ｄ−ｃ｜／｜ｕ−ｃ｜＜０．５
で与えられる。この条件を満たす限り、従来に比べて、照明系のコマ収差を内側に向けることができ、ライトバルブの結像面における照射領域が、その輪郭（端）においてより急峻となり、かつ、均一になる。なお、凹面が光源側に向いた正のパワーを持つメニスカスレンズを集光レンズ２２０として使用した場合は、外側コマ収差が大きくなるため、照明系のコマ収差を内側に向けることはできない。
【００５０】
以上説明した実施形態の構成は、本発明の一例であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。例えば、集光レンズ２２０は複数のメニスカスレンズで構成してもよい。
【００５１】
また、図１に示した構成において、集光レンズ２２０を偏光変換素子２０３の出射面側に配置するのではなく、ダイクロイックミラー２０４と反射ミラー２１１の間、ダイクロイックミラー２０４、２０５の間のそれぞれに配置するようにしてもよい。この場合、Ｂ光における照射のボケが表示画像に大きく影響することに着目して、ダイクロイックミラー２０４と反射ミラー２１１の間に配置した集光レンズのみを、上述したような収差の条件を満たすような構成としてもよい。
【００５２】
さらに、図１に示した構成において、コンデンサレンズ２０８〜２１０を凹面が光源側に向いた正のパワーを持つメニスカスレンズで構成してもよい。この場合、集光レンズ２２０はメニスカスレンズであっても、平凸レンズなど他の集光レンズであってもよい。また、この場合、上記の着目点に基づいて、コンデンサレンズ２０８のみを上述したような収差の条件を満たすような構成としてもよい。
【００５３】
また、以上の説明した構成は３板式のものであるが、本発明は、これに限定されるものではなく、単板式のものにも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態である投写型表示装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す投写型表示装置の光学部品レイアウトの一例を示す図である。
【図３】図１に示す投写型表示装置のライトバルブの結像面におけるスポットダイアグラム図である。
【図４（ａ）】図１に示す投写型表示装置のライトバルブの結像面における、Ｒ光による照明領域の模式図である。
【図４（ｂ）】図１に示す投写型表示装置のライトバルブの結像面における、Ｇ光による照明領域の模式図である。
【図４（ｃ）】図１に示す投写型表示装置のライトバルブの結像面における、Ｂ光による照明領域の模式図である。
【図５（ａ）】コマ収差が内側に向く状態の一例を示す模式図である。
【図５（ｂ）】コマ収差が内側に向く状態の他の例を示す模式図である。
【図６】フライアイ光学系を備える従来の投写型表示装置の概略構成図である。
【図７】図６に示す従来の投写型表示装置の光学部品レイアウトの一例を示す図である。
【図８】図６に示す従来の投写型表示装置のライトバルブの結像面におけるスポットダイアグラム図である。
【図９（ａ）】図６に示す従来の投写型表示装置のライトバルブの結像面における、Ｒ光による照明領域の模式図である。
【図９（ｂ）】図６に示す従来の投写型表示装置のライトバルブの結像面における、Ｇ光による照明領域の模式図である。
【図９（ｃ）】図６に示す従来の投写型表示装置のライトバルブの結像面における、Ｂ光による照明領域の模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
１００  光源部
２００  色光分離照明部
３００  画像表示部
４００  色合成結像部
１０１  光源
１０２、２１１、２１２、２１３  反射ミラー
１０３  カバー硝子
２０１、２０２  フライアイ
２０３  偏光変換素子
２０４、２０５  ダイクロイックミラー
２０６、２０７  リレーレンズ
２０８、２０９、２１０  コンデンサレンズ
２２１、２２２、２３１、２３２、２４１  集光レンズ
３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６  偏光板
３１０、３２０、３３０  ライトバルブ
４０１  投写レンズ
４１０  クロスダイクロイックプリズム
５０１  投写スクリーン
６０１  光学ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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【図９（ｃ）】
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