(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤、緑、青の各色光をそれぞれ射出する光源部と、前記光源部からの前記各色光が入射する第１の光学手段と、前記第１の光学手段を射出した前記各色光が入射し、反射する際に前記各色光を走査する回転多面鏡と、前記回転多面鏡からの前記各色光を照明位置に導く第２の光学手段と、前記照明位置に配置され、赤、緑、青の各色信号に応じて入射光を変調可能な多数の画素を備えた画像表示パネルと、前記画像表示パネルの前記各画素を、その画素に入射する光の色に対応した信号で駆動する画像表示パネル駆動回路とを有し、
前記第２の光学手段は結像位置が入射光の角度に比例するものであり、前記回転多面鏡の一辺あたりの成す角をθｐとすると、入射光がおよそθｐで前記第２の光学手段に入射した際に照明部である画像表示パネル上の走査方向について最も光線高の高い部分に集光するよう、入射角度によって結像位置の高さが決まる構成であり、
前記第１の光学手段によって前記回転多面鏡の反射面上に導かれる前記各色光の主光線を前記回転多面鏡の回転方向の順に第１の主光線、第２の主光線、第３の主光線としたときに、第１の主光線と第２の主光線、第２の主光線と第３の主光線はそれぞれおよそ２×θｐ／３の角度を成し、
第１の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置と第２の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置とが前記回転多面鏡の回転中心に対してなす角度、および、第２の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置と第３の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置とが前記回転多面鏡の回転中心に対してなす角度はおよそθｐ／３であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
赤、緑、青の各色光を含む白色光を射出する前記光源部と、前記光源部からの前記白色光を部分光に分割しこれを重畳して照明均一性を向上せしめるインテグレータ光学系と、前記インテグレータ光学系からの白色光を赤、緑、青の各色光に分解する色分解光学系と、前記色分解光学系からの光を回転多面鏡に導く第１の光学手段と、第１の光学手段によって射出された光を走査する回転多面鏡と、前記回転多面鏡からの光を照明位置に導く第２の光学手段と、前記照明位置に配置され、赤、緑、青の各色信号に応じて入射光を変調可能な多数の画素を備えた画像表示パネルと、前記画像表示パネルの前記各画素を、その画素に入射する光の色に対応した信号で駆動する画像表示パネル駆動回路とを有し、
前記インテグレータ光学系は、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとからなり、前記第１の光学手段は第１のレンズと第２のレンズとからなり、
前記第１のレンズアレイは同形状の矩形開口を持つマイクロレンズの集合体であり、前記光源部からの前記白色光を第２のレンズアレイ上に集光し、
前記第２のレンズアレイは前記第１のレンズアレイの矩形開口像を前記第１の光学手段の第１のレンズ上に重畳するマイクロレンズの集合体であり、
前記第２のレンズは前記第１のレンズ上の前記矩形開口像を前記第２の光学手段を経て照明部である前記画像表示パネル上に走査方向について有効域のおよそ１／３の幅からなる短冊状のカラーバンドを形成するよう構成されており、
前記第２の光学手段は結像位置が入射光の角度に比例するものであり、前記回転多面鏡の一辺あたりの成す角をθｐとすると、入射光がおよそθｐで前記第２の光学手段に入射した際に照明部である画像表示パネル上の走査方向について最も光線高の高い部分に集光するよう、入射角度によって結像位置の高さが決まる構成であり、
前記第１の光学手段によって前記回転多面鏡の反射面上に導かれる前記各色光の主光線を前記回転多面鏡の回転方向の順に第１の主光線、第２の主光線、第３の主光線としたときに、第１の主光線と第２の主光線、第２の主光線と第３の主光線はそれぞれおよそ２×θｐ／３の角度を成し、
第１の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置と第２の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置とが前記回転多面鏡の回転中心に対してなす角度、および、第２の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置と第３の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置とが前記回転多面鏡の回転中心に対してなす角度はおよそθｐ／３であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記第１のレンズは前記第２のレンズアレイ像を前記第２のレンズを介して前記回転多面鏡の反射面上に形成するよう設けられていることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第１の光学手段から前記画像表示パネルに至る光学構成において、走査方向の照明Ｆナンバーに対し、これに直交する方向でのＦナンバーが大きいことを特徴とする請求項１または２記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記第１のレンズ、あるいはその近傍に矩形の開口部を備えた絞りが備えられていることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記インテグレータ光学系の第２のレンズアレイはマイクロレンズの集合体であり、その集合体の有効部の全体形状は、その像が回転多面鏡上に形成された際に回転方向（走査方向）に対応する方向について短い形状を成していることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記インテグレータ光学系の第１のレンズアレイは前記第２のレンズアレイ上に各マイクロレンズが形成する光源像が所望の位置になるよう開口中心と異なる位置に曲率中心をもつマイクロレンズを少なくとも複数備えており、前記インテグレータ光学系の第２のレンズアレイは前記光源像の大きさに合わせて設定された大きさの開口部を備えたマイクロレンズの集合体であることを特徴とする請求項６記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記色分解光学系は入射部から射出部までの距離が各色光について光学的にほぼ等しくなるよう構成されていることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記請求項１から８のいずれかに記載の画像表示装置の前記画像表示パネルの画像を拡大投射する投射光学系を備えてなる投写型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は変調手段であるライトバルブ１枚でカラー表示を行う画像表示装置、あるいは投写型画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在大型映像市場の主力である液晶プロジェクターとは液晶パネル（ライトバルブ）の画像を光源ランプと集光・投写レンズを用いてスクリーン上に拡大、結像させるものである。現在実用化されている方式は３板式と単板式の大きく２つに分けることが出来る。
【０００３】
前者の３板式液晶プロジェクターは白色光源からの光を色分解光学系により赤緑青の３原色の色光に分光した後、それらの光を３枚のモノクロ液晶パネルにより変調し、３原色の画像を形成する。これらに画像は色合成光学系で合成されて１つの投写レンズでスクリーン上に投写される。この方式はランプの全スペクトルを利用できるため光利用率は高いが３枚の液晶パネル、色分解色合成光学系、液晶パネル間のコンバージェンス調整機構を必要とするため比較的高価である。
【０００４】
これに対し従来の単板式液晶プロジェクターはモザイク状のカラーフィルター付き液晶パネルを単純にスクリーンに拡大投写するだけなのでコンパクトで低価格である。しかしながらこの方式では光源からの白色光のうち、色選択手段であるカラーフィルターにおいて不要な色光を吸収することによって所望の色を得ているため液晶パネルに入射した白色光は１／３以下しか透過せず光利用率が低い。光源を明るくすることは表示画像の明るさを向上させる１つの方法であるがカラーフィルターの光吸収による発熱及び耐光性に対する問題が残されており、高輝度化を図る上で大きな障害となっている。
【０００５】
近年この単板式においてカラーフィルターに依る光ロスをなくす手段としてカラーフィルターの代わりにダイクロイックミラーとマイクロレンズアレイによって光利用率を高めた新しい構成が提案され、商品化もなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここでダイクロイックミラーとマイクロレンズアレイを用いた高効率単板型について説明する。図１７は従来例の構成図、図１８はライトバルブ詳細図である。投写型画像装置１００は光源部１０１からの白色光をライトバルブ１０２有効域上に照射する照明装置１０３と、照明装置１０３からの白色光を赤反射ダイクロイックミラー１０４、緑反射ダイクロイックミラー１０５、全反射ミラー１０６に斜めに入射せしめることで赤、緑、青の３原色を水平方向に分解後ライトバルブ１０２有効域上に導く色分解光学系１０７、１つの素子で赤、緑、青の各色光に対する入力信号に対しそれぞれ独立して入射光を変調できる各色用画素を水平方向に配列してからなる透過型ライトバルブ１０２と、投写レンズ１０８とからなっている。
【０００７】
光源１０１から射出された白色光は照明装置１０３により色分解光学系１０７に導かれる。ここに入射した光のうち赤色光は入射光に対し斜めに設けられた赤反射ダイクロイックミラー１０４により反射され光軸１０９上を進む。赤反射ダイクロイックミラー１０４を透過した光のうち緑色光は入射光に対し斜めに設けられた緑反射ダイクロイックミラー１０５により反射され光軸１１０上を進み、ここを透過した青色光は反射ミラー１０６に入射後反射せしめられ光軸１１１上を進む。コンデンサーレンズ１１２を透過した光軸１０９上の赤色光，光軸１１０上の緑色光、光軸１１１上の青色光は透過型ライトバルブ１０２に至る。透過型ライトバルブ１０２の入射面側には偏光子である入射側偏光板１１３が設けられており入射光のうち、任意の偏光方向の光のみがここを透過する。
【０００８】
透過光は水平方向に赤色用画素開口１１４、緑色用画素開口１１５、青色用画素開口１１６の幅に相当する大きさからなるマイクロレンズ１１７の集合体であるマイクロレンズアレイ１１８に入射する。ここに入射した光軸１０９を進み入射角θ１をもって斜めに前記マイクロレンズ１１７に入射した赤色光は赤色用画素開口１１４に集光せしめられ、光軸１１０を進み主光線が正面から前記マイクロレンズ１１７に入射した緑色光は緑色用画素開口１１５に集光せしめられ、光軸１１１を進み赤色光とは逆方向から入射角θ１をもって斜めに前記マイクロレンズ１１７に入射した青色光は赤色用画素開口１１６に集光せしめられる。
【０００９】
ここを透過した光は透過型ライトバルブ１０２の出射面に設けられた出射側偏光板１１９に入射する。この出射側偏光板１１９は偏光軸が入射側偏光板１１３と直交していることから、白表示されるべき画素部においては液晶層において偏光方向がおよそ９０度変換されることからここを透過して投写レンズ１０８に至る。黒表示されるべき画素部においては液晶層において偏光方向が変換されないことからここで吸収されて投写レンズ１０８に至らず黒表示となる。この偏光方向の変換を画素単位で行い画像表示を行っている。
【００１０】
このように光利用率を高めた新しい構成の単板方式では光源からの光を無駄にすることなく３板方式に近い高光利用効率を実現することが出来る。
【００１１】
しかしながらこの構成においてマイクロレンズから画素開口への絞り角の半角をθ２、赤または青光の主光線が画素開口に入射する入射角をθ３とすると投写レンズ要求されるＦナンバーは１／（２ｓｉｎ（θ２＋θ３））より小さく、明るいレンズが求められる。（実際にはＦ１．０〜Ｆ１．５）
これにより単板方式として表示デバイスは１枚となっても投写レンズの大型化、高コスト化が発生し、３板式に対する優位性が明確でないのが実状である。
【００１２】
さらには光源からの色光を各色光毎に対応した画素に導くため、高解像度を実現するに画像表示パネルには必要解像度の３倍の解像度が要求され、高コスト化を招き、透過型ライトバルブを用いた場合は透過率が低下してしまう。さらには解像度が低い場合や大きく拡大した画像においては赤緑青の色が分離して見えてしまいコンバージェンスのずれたような画質劣化を招いてしまう。
【００１３】
この課題解決について特開平４−３１６２９６が提案を行っているので以下説明する。この表示装置は図１９にあるように白色光を発する光源部１２０と、光源からの光を赤、緑、青の各色光に分解する色分解光学系１２１と色分解光学系部からの光を帯状に形成する３つの方形の開口部を持つ開口板からなる照明部１２２と、照明部からの異なる色光を単一ライトバルブ１２３（表示パネル）上にそれぞれ走査せしめる走査光学系１２４、各色光で照明した単一ライトバルブ上の各部分をアドレスして、当該部分が当該色光に応じた情報を提供すると共に当該色光を当該情報により変調するライトバルブ駆動回路１２５（図にはない）を備えている。
【００１４】
前記照明部の色分解光学系１２２は図２０にあるように、ダイクロイックミラーと反射ミラーからなっており、光源からの白色光を赤、緑、青の色光として隣接した形で出射する。また、前記走査光学系１２４はライトバルブ１２３を横切って照明の帯域を移動せしめる。ある色光の帯状照明がライトバルブ１２３有効域の最上端を越えて通過すると、その色光の帯状照明がライトバルブ１２３有効域の最下端に再び現れる。従って、ライトバルブ１２３有効域の全域のわたって赤、緑、青各色光の連続走査が可能となる。
【００１５】
各色光の帯状照明がライトバルブ１２３有効域上の所定の画素群を通過するに当たり、その行はその色光に対する適切な情報によってアドレスされている。これはライトバルブの各行が表示すべき映像信号の各フィールド毎に３回アドレスされることを意味する。個別の行にそれぞれ書き込む情報は表示すべき画像のその部分の色情報に応じたものになっている。
【００１６】
前記ライトバルブ１２３からの光は投写レンズ１２５によって拡大投写されることから、図にはないスクリーン１２６上に拡大画像を提供する。
【００１７】
このように構成することで白色光源からの光をほぼ３原色として損失なく使えることから光利用効率を高く出来ると共に、ライトバルブ上の同一画素で赤緑青表示が出来ることから、先に示した先行例にあった色ずれもなく高画質映像を提供すると言うものである。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
以上に示した構成においては、照明部からの各色光は前記４面プリズムへ入射面と出射面を透過するがこのとき光束は絞られないことから前記４面プリズムの端部有効部の大きさを小さくできないことによりプリズムは大きく、重くなる。
【００１９】
またこれを回動せしめる強力なモーターを必要とすることからセットの大型化、高価格化を招く。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明による第１の画像表示装置は赤、緑、青の各色光をそれぞれ射出する光源部と、前記光源部からの前記各色光が入射する第１の光学手段と、前記第１の光学手段を射出した前記各色光が入射し、反射する際に前記各色光を走査する回転多面鏡と、前記回転多面鏡からの前記各色光を照明位置に導く第２の光学手段と、前記照明位置に配置され、赤、緑、青の各色信号に応じて入射光を変調可能な多数の画素を備えた画像表示パネルと、前記画像表示パネルの前記各画素を、その画素に入射する光の色に対応した信号で駆動する画像表示パネル駆動回路とを有し、前記第２の光学手段は結像位置が入射光の角度に比例するものであり、前記回転多面鏡の一辺あたりの成す角をθｐとすると、入射光がおよそθｐで前記第２の光学手段に入射した際に照明部である画像表示パネル上の走査方向について最も光線高の高い部分に集光するよう、入射角度によって結像位置の高さが決まる構成であり、前記第１の光学手段によって前記回転多面鏡の反射面上に導かれる前記各色光の主光線を前記回転多面鏡の回転方向の順に第１の主光線、第２の主光線、第３の主光線としたときに、第１の主光線と第２の主光線、第２の主光線と第３の主光線はそれぞれおよそ２×θｐ／３の角度を成し、第１の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置と第２の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置とが前記回転多面鏡の回転中心に対してなす角度、および、第２の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置と第３の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置とが前記回転多面鏡の回転中心に対してなす角度はおよそθｐ／３であることを特徴として構成させる。
【００２１】
本発明による第２の画像表示装置は赤、緑、青の各色光を含む白色光を射出する光源部と、前記光源部からの前記白色光を部分光に分割しこれを重畳して照明均一性を向上せしめるインテグレータ光学系と、前記インテグレータ光学系からの白色光を赤、緑、青の各色光に分解する色分解光学系と、前記色分解光学系からの光を回転多面鏡に導く第１の光学手段と、第１の光学手段によって射出された光を走査する回転多面鏡と、前記回転多面鏡からの光を照明位置に導く第２の光学手段と、前記照明位置に配置され、赤、緑、青の各色信号に応じて入射光を変調可能な多数の画素を備えた画像表示パネルと、前記画像表示パネルの前記各画素を、その画素に入射する光の色に対応した信号で駆動する画像表示パネル駆動回路とを有し、前記インテグレータ光学系は、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとからなり、前記第１の光学手段は第１のレンズと第２のレンズとからなり、前記第１のレンズアレイは同形状の矩形開口を持つマイクロレンズの集合体であり、前記光源部からの前記白色光を第２のレンズアレイ上に集光し、前記第２のレンズアレイは前記第１のレンズアレイの矩形開口像を前記第１の光学手段の第１のレンズ上に重畳するマイクロレンズの集合体であり、前記第２のレンズは前記第１のレンズ上の前記矩形開口像を前記第２の光学手段を経て照明部である前記画像表示パネル上に走査方向について有効域のおよそ１／３の幅からなる短冊状のカラーバンドを形成するよう構成されており、前記第２の光学手段は結像位置が入射光の角度に比例するものであり、前記回転多面鏡の一辺あたりの成す角をθｐとすると、入射光がおよそθｐで前記第２の光学手段に入射した際に照明部である画像表示パネル上の走査方向について最も光線高の高い部分に集光するよう、入射角度によって結像位置の高さが決まる構成であり、前記第１の光学手段によって前記回転多面鏡の反射面上に導かれる前記各色光の主光線を前記回転多面鏡の回転方向の順に第１の主光線、第２の主光線、第３の主光線としたときに、第１の主光線と第２の主光線、第２の主光線と第３の主光線はそれぞれおよそ２×θｐ／３の角度を成し、第１の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置と第２の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置とが前記回転多面鏡の回転中心に対してなす角度、および、第２の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置と第３の主光線が前記回転多面鏡の反射面上に導かれる位置とが前記回転多面鏡の回転中心に対してなす角度はおよそθｐ／３であることを特徴として構成される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の目的は被照明部（ライトバルブ）の各色毎の同一走査を行う色光走査光学系を提供し、高光利用効率を実現すると共に実用的な価格、小型セットサイズを実現することにある。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の概略構成図である。光源部２０１、集光手段２０２（請求項で言う第１の光学手段）、走査光学系２０３（請求項で言う第２の光学手段）、画像表示パネル２０４、図にはない画像表示パネル駆動回路２０５からなっている。光源部２０１はそれぞれ矩形の形状からなる光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂを備えた赤色光用光源部２０７、青色光用光源部２０８、緑色光用光源部２０９が配置されてなり、前記矩形の形状からなる光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂからの光は集光手段２０２の色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂに入射する。この入射光は色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂにより第２集光レンズ２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂ上に集光される。第２集光レンズ２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂは矩形の形状からなる光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂ形状を回転多面鏡２１２上の反射面２１３、走査光学系２０３を介して画像表示パネル２０４上に形成するように構成されている。その形状は図２にあるように画像表示パネル２０４の照明走査方向について走査域のおよそ１／３の大きさをもってなる短冊状を成している。
【００３０】
走査光学系２０３は図３にあるように、少なくとも回転多面鏡２１２上の反射面２１３範囲を入射光有効部とし、その結像高さが入射光の角度に比例するものであり、前記回転多面鏡２１２の反射面一辺あたりの成す角をθｐとすると、入射光がθｐで入射した際に照明部である画像表示パネル上の走査方向について最も光線高の高い部分に集光するよう、入射角度によって結像位置の高さが決まる構成である。このとき回転多面鏡による走査は±θｐとなることから、画像表示パネルの全有効域を照明可能になる。
【００３１】
前記走査光学系２０３は図３にあるように、たとえば走査方向に長い開口を持ち、走査方向に直交する方向に短い開口を持つ複数の走査レンズからなり、ここで走査レンズのうち何面かは走査方向と走査方向に直交する方向で曲面Ｒが異なって構成されていることで、走査方向では回転多面鏡２１２の反射面からの入射角により結像位置高さを決める光学系、走査方向に直交する方向については前記矩形の形状からなる光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂ形状を集光手段２０２の色光別第１集光レンズ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂ、第２集光レンズ２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂを介して画像表示パネル２０４上にその高さ寸法におよそ相当するように拡大投射する光学系を構成している。
【００３２】
ここで回転多面鏡２１２の回転のある瞬間をとらえた場合、図４にあるように１つの反射面２１３上には赤、緑、青の光の集合体（スポット）がお互いに主光線が重なり合わないよう回転方向について一列に形成される。このときの間隔は回転多面鏡２１２の回転中心から各色光主光線入射位置を見たときに図１で赤色光主光線入射位置と緑色光主光線入射位置、緑色光主光線入射位置と青色光主光線入射位置はそれぞれおよそθｐ／３の角度を成している。
【００３３】
そして回転多面鏡２１２は回転軸２１５を中心に図にはないモーターによって回動せしめられている。回転時の出射光の様子を図５を用いて以降説明する。
【００３４】
第１の時点においては回転多面鏡２１２の同一面に赤緑青光とも入射し、図のように赤光が最も回転方向に大きな角度で反射され、緑光は青光よりもやや小さい角度、青光はさらに緑光よりも小さな角度で反射せしめられる。このとき走査レンズ２１４には色毎に異なる角度で入射することになり、画像表示パネル２０４上の異なる位置に光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂ上の像を図にあるように形成する。このとき右から赤、緑、青の色別に配置される。第１の時点から回転多面鏡２１２が回転した第２の時点においては、青、緑光については回転多面鏡２１２の同一面に入射するが赤光は回転してきた新たな面に入射する。このとき特に赤光については反射面への入射角が小さくなることから回転方向への反射角は小さくなる。従ってこのとき緑が最も回転方向に大きな角度で反射され、青光は緑光よりもやや小さい角度、赤光はさらに青光よりも小さな角度で反射せしめられることから、画像表示パネル２０４上の異なる位置に光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂ上の像を図にあるように形成する。このとき右から緑、青、赤の色別に配置されることになる。
【００３５】
第２の時点から回転多面鏡２１２が回転した第３の時点においては、青光のみが第１、第２の時点と同じ反射面に入射するが、緑、赤光とも第１の時点のときとは異なる同一の反射面に入射する。このとき特に緑光については反射面への入射角が小さくなることから回転方向への反射角は小さくなる。従ってこのとき青が最も回転方向に大きな角度で反射され、赤光は青光よりもやや小さい角度、緑光はさらに赤光よりも小さな角度で反射せしめられることから、画像表示パネル２０４上の異なる位置に光射出部２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂ上の像を図にあるように形成する。このとき右から青、赤、緑の色別に配置されることになる。
【００３６】
第３の時点から回転多面鏡２１２が回転した第４の時点においては、赤、青、緑とも同一面に入射する第１の時点と同じ位置関係となり、画像表示パネル２０４上への照明も同様に繰り返される。同じ様にして第５の時点は前記第２の時点の表示と同じになり、第６の時点は前記第３の時点の表示と同じである。このようにして画像表示パネル２０４上は各色光が帯状に表示位置を変えて照明されることになる。ここではある時点をとらえて説明したが、回転多面鏡２１２は連続回転していることからここでは各色光は画像表示パネル２０４上を上から下に連続的に移動することになり、下端に到達した光は上端に跳ね上げられて再度上から下への移動を行うことになる。このとき先に説明したように各色光の主光線は回転多面鏡２１２の回転中心についてそれぞれおよそθｐ／３に相当する間隔を成していることから、各色光について同じ時間的間隔で各色光の主光線が回転多面鏡の反射面間の稜線を迎えることとなり、上記第１〜６の時点の切り替えを同じ時間的間隔で行うことで色ムラ、輝度ムラ、フリッカーの抑えられた照明を行うことができる。
【００３７】
同時に集光手段２０２から前記回転多面鏡２１２の反射面２１３上に至る各色光の主光線のうち赤色光主光線２１９Ｒと緑色光主光線２１９Ｇ、緑色光主光線２１９Ｇと青色光主光線２１９Ｂの成す角をおよそ２×θｐ／３の角度をなすよう設定されている。これにより上記第１〜６の時点すべてにおいて各色光は走査レンズ２１４には色毎に異なる角度で入射することになり、その入射角の差は常におよそ２×θｐ／３となることから画像表示パネル２０４上を３等分した間隔を持って各色光による照明が可能になる。
【００３８】
また、画像表示パネル２０４は液晶パネル２１６と、これの両面に備えられた偏光子である入射側偏光板２１７と検光子である出射側偏光板２１８かならり、入射側偏光板２１７はたとえば図６で示す矩形の外形形状の短手方向の偏光方向の光を透過し、これに直交する偏光方向の光を吸収するように設定されているとする。入射側偏光板２１７を透過した光は液晶パネル２１６に入射する。この液晶パネル２１６は外部信号により多数の各画素開口毎に透過光の偏光方向を変えることが出来る。ここでは各画素を駆動しない場合には偏光方向が９０度回転せしめられ、駆動した場合には偏光方向の変化無く透過するものとする。出射側偏光板２１８は入射側偏光板２１７と直交した方向の偏光特性を有する。従って液晶パネル２１６が偏光方向を９０度変えて透過した画素部の光の偏光方向は出射側偏光板２１８の透過軸と一致するためここを透過する。
【００３９】
一方、液晶パネル２１６が偏光方向を変えずに透過した画素部の偏光方向の光は出射側偏光板２１８の透過軸と直交するためここで吸収される。ここで出射側偏光板２１８は紙面に対して手前−奥方向に振動方向（透過軸）を持つように設定されている。このように画像表示パネル２０４上のある画素を照明している色光に合わせた入力信号に応じて、各画素毎に変調を行い画像を形成する。画像表示パネル２０４を透過した光は観察者に至ることで図５に示した走査が高速で行われることから（１フィールドあたり図５にある第１〜第６の時点を１周期実現できる速度よりも早いことが望ましい。）観察者の網膜上で走査時の色分離なく、画像を観察することが出来る。
【００４０】
以上の様に構成することでカラーフィルターのような色選択手段を備えていない画像表示パネルを用いた場合でもカラー表示が可能であり、しかもこのとき画像表示パネルの各画素は各色光の表示を行うことから解像度を落とすことはない。さらに光源からの光は常に有効に画像表示パネルへ導かれることから光利用率も高く実現できる。
【００４１】
また走査を回転多面鏡であるポリゴンミラーで行うことで走査に関わる反射面は１面であることから、第２集光レンズ２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂと回転多面鏡の間隔を短く構成することで有効光束の大きさを小さく出来、回転多面鏡２１２の反射面２１３を小さく構成する事が可能となり、回転多面鏡２１２を小さくできるだけでなくこれを回動せしめるモーターも小型に出来る。これにより装置全体の小型化、軽量化、コストダウンを実現することが出来る。（前記特開平４−３１６２９６号公報では４面プリズムを透過で使うため、走査には常に距離の離れた２面が関わるため、有効光束の小型化困難でセット全体の大型化を伴う。）
この第１の応用例では画像表示パネル２０４は透過型液晶方式のものとしたが、入射光を変調して表示を行う表示デバイスで有れば応用可能なことから、反射型液晶方式、反射型ミラーデバイス等を応用可能である。ただし高速応答可能なデバイスが必要なことは言うまでもない。このとき各デバイスにあわせた光学系、特に走査光学系と表示デバイス間の最適化が必要なことはもちろんである。
【００４２】
上記実施の形態においては回転多面鏡２１２の反射面２１３に常に斜め入射する構成としたが、図７のように回転多面鏡２１２の回転軸方向に各色光のうち、中央に配置された色光の主光線が入射するようにしながら、前記反射面２１３の短辺方向に角度を持った構成でも同じ機能を果たすことが出来る。ここでは反射面２１３で反射された光は反射型の走査光学系２２０によって画像表示パネル２０４に導かれる。画像表示パネル２０４上の照明に関する動作は先の実施例（第１の応用例）と同じなのでここでの説明は割愛する。このように構成することで第１の応用例に比べ光学系の高さが大きくなることになるが、全体の構成面積が小さくなることから、装置全体の小型化には有利な場合もあり得る。性能面においては第１の応用例では各色光で第２の集光レンズから回転多面鏡２１２の反射面２１３までの距離が異なることから、反射面２１３上でのスポットの大きさが異なってしまう。一方、この第２の応用例では各色光毎の光路差を小さくおさえることが出来ることからスポットの大きさの違いを最小限におさえて、集光効率を高く維持することが出来る。
【００４３】
前記画像表示パネル２０４の出射側に照明光を拾える形で投射光学系を備えることで、表示パネル上の画像を拡大投射し、以下の実施の形態３同様に投写型プロジェクターを構成できることは言うまでもない。
【００４４】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について以下に述べる。図８は実施の形態２の第１の上面図で光源から回転多面鏡までの構成を示し、図９は実施の形態２の第２の上面図で回転多面鏡から画像表示パネルまでの構成を示し、図１０は光源側と対向する方向から見た側面図である。光源部３０１、インテグレータ光学系３０２、色分解光学系３０３、集光手段３０４（請求項で言う第１の光学手段）、走査光学系３０５（請求項で言う第２の光学手段）、画像表示パネル３０６、図にはない画像表示パネル駆動回路３０７からなっている。光源部３０１は電極間の放電によりアークを形成し光を発生する白色光を出射する光源３０８と、光源３０８からの光をその回転対称軸上の一方向に反射するリフレクター３０９とからなり、光源部３０１からの光はインテグレータ光学系３０２に入射する。
【００４５】
インテグレータ光学系３０２は同形状の矩形有効開口部を備えたマイクロレンズの集合体である第１のレンズアレイ３１０と、前記第１のレンズアレイ３１０と同じ矩形有効開口部を備えたマイクロレンズの集合体である第２のレンズアレイと、前記第２のレンズアレイ３１１の出射側近傍に配置された単一の凸レンズであるインテグレータ集光レンズ３１２からなっており、ここで集光された光は色分解光学系３０３を経て、集光手段３０４の赤光路第１の集光レンズ３１３Ｒ、緑光路第１の集光レンズ３１３Ｇ、青光路第１の集光レンズ３１３Ｂ上に第１のレンズアレイ３１０のマイクロレンズ個々の像を重畳して矩形の均一照明を実現する。このとき各光路で形成される矩形像は色分解光学系３０３で生じる色による光路差のため大きさが微妙に異なることから、この赤光路第１の集光レンズ３１３Ｒ、緑光路第１の集光レンズ３１３Ｇ、青光路第１の集光レンズ３１３Ｂの入射側には同一開口形状を備えた開口絞り３１４Ｒ、３１４Ｇ、３１４Ｂが設けられている。
【００４６】
前述の色分解光学系３０３は入射光に対して赤反射ダイクロイックミラー３１５、緑反射ダイクロイックミラー３１６、全反射ミラー３１７を傾けて備えられてなり、白色の入射光のうち赤の波長体の光は赤反射ダイクロイックミラー３１５で反射されて赤光路第１の集光レンズ３１３Ｒに導かれる。白色の入射光のうち緑の波長体の光は赤反射ダイクロイックミラー３１５を透過した後緑反射ダイクロイックミラー３１６で反射されて再度赤反射ダイクロイックミラー３１５を透過して緑光路第１の集光レンズ３１３Ｇに導かれる。白色の入射光のうち青の波長体の光は赤反射ダイクロイックミラー３１５、緑反射ダイクロイックミラー３１６を透過した後全反射ミラー３１７で反射されて再度緑反射ダイクロイックミラー３１６、赤反射ダイクロイックミラー３１５を透過して青光路第１の集光レンズ３１３Ｂに導かれる。この際コストアップは伴うが、全反射ミラー３１７を青反射ダイクロイックミラーとすることで緑赤間の不要光の除去を容易にすることも可能である。
【００４７】
前記集光手段３０４の赤光路第１の集光レンズ３１３Ｒ、緑光路第１の集光レンズ３１３Ｇ、青光路第１の集光レンズ３１３Ｂは前記第２のレンズアレイ３１１像を各色光用の第２の集光レンズ３１８Ｒ、３１８Ｇ、３１８Ｂを介して回転多面鏡３１９の反射面３２０上に形成する。これにより反射面３２０上の光源像を小さく形成することが可能となり、装置全体の小型化に寄与している。但し大きさを優先しない場合は回転多面鏡３１９の反射面３２０上に第２のレンズアレイ３１１像を形成せず、各色光用の第２の集光レンズ３１８Ｒ、３１８Ｇ、３１８Ｂ上に形成するように構成することも出来る。また、回転多面鏡３１９の反射面３２０と各色光用の第２の集光レンズ３１８Ｒ、３１８Ｇ、３１８Ｂの間隔を小さくとれば、ある程度の小型化はこの構成でも可能である。
【００４８】
各色光用の第２の集光レンズ３１８Ｒ、３１８Ｇ、３１８Ｂは集光手段３０４の赤光路第１の集光レンズ３１３Ｒ、緑光路第１の集光レンズ３１３Ｇ、青光路第１の集光レンズ３１３Ｂ上に形成された矩形照明像を走査光学系３０５（請求項で言う第２の光学手段）を介して画像表示パネル３０６上に矩形照明を行うよう設定されている。その矩形照明部の形状は図２にあるように画像表示パネル３０６の照明走査方向について走査域のおよそ１／３の大きさをもってなる短冊状を成している。
【００４９】
走査光学系３０５は図９にあるように、少なくとも回転多面鏡３１９上の反射面３２０に相当する範囲を入射光有効部とし、その結像高さは入射光の角度に比例するものであり、前記回転多面鏡３１９の反射面一辺あたりの成す角をθｐとすると、入射光がθｐで入射した際に照明部である画像表示パネル上の走査方向について最も光線高の高い部分に集光するよう、入射角度によって結像位置の高さが決まる構成である。
【００５０】
ここで回転多面鏡３１９の回転のある瞬間をとらえた場合、図４と同様にあるように１つの反射面３２０上には赤、緑、青の光の集合体（スポット）がお互いに主光線が重なり合わないよう回転方向について一列に形成される。このときの間隔は回転多面鏡３１９の回転中心から各色光主光線入射位置を見たときに図８で赤色光主光線入射位置と緑色光主光線入射位置、緑色光主光線入射位置と青色光主光線入射位置はそれぞれおよそθｐ／３の角度を成している。
【００５１】
そして回転多面鏡３１９は回転軸３２１を中心に図にはないモーターによって回動せしめられている。回転時の出射光の様子を図１１を用いて以降説明する。
【００５２】
第１の時点においては回転多面鏡３１９の同一面に赤緑青光とも入射し、図のように青が反回転方向に反射され、緑光は走査光学系正面に反射せしめられ、赤光は回転方向に反射せしめられる。このとき走査光学系３０５には色毎に異なる角度で入射することになり、画像表示パネル３０６の異なる位置に集光手段３０４の赤光路第１の集光レンズ３１３Ｒ、緑光路第１の集光レンズ３１３Ｇ、青光路第１の集光レンズ３１３Ｂ上に形成された矩形照明像を図にあるように形成する。このとき右から赤、緑、青の色別に配置される。
【００５３】
第１の時点から回転多面鏡３１９が回転した第２の時点においては、青、緑光については回転多面鏡３１９の同一面に入射するが赤光は回転してきた新たな面に入射する。このとき青が走査光学系正面に反射せしめられ、緑光は回転方向に反射せしめられ、赤光は反回転方向に反射される。これにより画像表示パネル３０６上の異なる位置に集光手段３０４の赤光路第１の集光レンズ３１３Ｒ、緑光路第１の集光レンズ３１３Ｇ、青光路第１の集光レンズ３１３Ｂ上に形成された矩形照明像を図にあるように形成する。このとき右から緑、青、赤の色別に配置されることになる。
【００５４】
第２の時点から回転多面鏡３１９が回転した第３の時点においては、青光のみが第１、第２の時点と同じ反射面に入射するが、緑、赤光とも第１の時点のときとは異なる同一の反射面に入射する。このとき青光が回転方向に反射せしめられ、緑光は反回転方向に反射され、赤光は走査光学系正面に反射せしめられる。これにより、画像表示パネル３０６上の異なる位置に集光手段３０４の赤光路第１の集光レンズ３１３Ｒ、緑光路第１の集光レンズ３１３Ｇ、青光路第１の集光レンズ３１３Ｂ上に形成された矩形照明像を図にあるように形成する。このとき右から青、赤、緑の色別に配置されることになる。
【００５５】
第３の時点から回転多面鏡３１９が回転した第４の時点においては、赤、青、緑とも同一面に入射する第１の時点と同じ位置関係となり、画像表示パネル３０６上への照明も同様に繰り返される。同じ様にして第５の時点は前記第２の時点の表示と同じになり、第６の時点は前記第３の時点の表示と同じである。このようにして画像表示パネル３０６上は各色光が帯状に表示位置を変えて照明されることになる。ここではある時点をとらえて説明したが、回転多面鏡３１９は連続回転していることからここでは各色光は画像表示パネル２０４上を左から右に連続的に移動することになり、右端に到達した光は左端に跳ね上げられて再度上から下への移動を行うことになる。このとき先に説明したように各色光の主光線は回転多面鏡３１９の回転中心についてそれぞれおよそθｐ／３に相当する間隔を成していることから、各色光について同じ時間的間隔で各色光の主光線が回転多面鏡の反射面間の稜線を迎えることとなり、上記第１〜６の時点の切り替えを同じ時間的間隔で行うことで色ムラ、輝度ムラ、フリッカーの抑えられた照明を行うことができる。
【００５６】
同時に集光手段３０４から前記回転多面鏡３１９の反射面３２０上に至る各色光の主光線のうち赤色光主光線３２２Ｒと緑色光主光線３２２Ｇ、緑色光主光線３２２Ｇと青色光主光線３２２Ｂの成す角をおよそ２×θｐ／３の角度をなすよう設定されている。これにより上記第１〜６の時点すべてにおいて各色光は走査光学系３０５には色毎に異なる角度で入射することになり、その角度差は常におよそ２×θｐ／３となることから画像表示パネル３０６上を３等分した間隔を持って各色光による照明が可能になる。このとき回転多面鏡による走査は±θｐとなることから、画像表示パネルの全有効域を照明可能になり、各色光の主光線はこの範囲（２×θｐ）を３等分する関係にある。ここで各色光は各主光線を中心に、ある広がりを有しており、この各色光の広がり角（各色同じに設定）を図にあるようにθｃとすると２×θｃ＜２×θｐ／３の場合は色光間に角度的に隙が出来ることから画像表示パネル３０６上の短冊状照明部間に隙が出来るので色間の干渉が無く色度を優先で設定できる。また、２×θｃ＝２×θｐ／３の場合は色光間に角度的な隙がないことから画像表示パネル３０６上の短冊状照明部間にも隙が無くなる。この場合最も混色無く、照明域を大きく取れる。あるいは２×θｃ＞２×θｐ／３の場合は色光間に角度的に重なり合うことから画像表示パネル３０６上の短冊状照明部間も重畳する部分が生じる。このとき重畳部分は混色により色度が劣化するが照明域を大きく設定できることから照明効率的には有利となる。したがって以上のθｃ、θｐの関係は装置の商品性や光源、照明域面積の状況によって最適設定が可能となる。
【００５７】
この関係は実施の形態１の説明において詳細な関係は述べていないが共通であることは言うまでもない。
【００５８】
前記走査光学系３０５は図９にあるように、たとえば走査方向に長い開口を持ち、走査方向に直交する方向に短い開口を持つ走査レンズ３２３、３２４、３２５からなり、ここで走査レンズ３２３、３２４，３２５のうち何面かは走査方向と走査方向に直交する方向で曲面Ｒが異なって構成されていることで、走査方向では回転多面鏡３１９の反射面からの入射角により結像位置高さを決める光学系、走査方向に直交する方向については集光手段３０４の赤光路第１の集光レンズ３１３Ｒ、緑光路第１の集光レンズ３１３Ｇ、青光路第１の集光レンズ３１３Ｂ上の矩形照明部を各色光用の第２の集光レンズ３１８Ｒ、３１８Ｇ、３１８Ｂを介して画像表示パネル３０６上にその横幅におよそ相当するように拡大投射する光学系を構成している。
【００５９】
また、画像表示パネル３０６は液晶パネル３２６と、これの両面に備えられた偏光子である入射側偏光板３２７と検光子である出射側偏光板３２８からなり、図６で示すように実施の形態１同様に構成されているとしている。画像表示パネル３０６の構成・作用は実施の形態１と重複するのでここでは割愛する。
【００６０】
以上の様に構成することで白色光を発する放電管式の光源を用いた場合にも、カラーフィルターのような色選択手段を備えていない画像表示パネルを用いてのカラー表示が可能であり、しかもこのとき画像表示パネルの各画素は各色光の表示を行うことから解像度を落とすことはない。さらに光源からの光は常に有効に画像表示パネルへ導かれることから光利用率も高く実現できる。さらには前述のメタルハライドランプ、高圧水銀灯のような放電管式の光源を用いた場合リフレクターからの光は中心が明るく周辺が暗い分布となって射出されるため、この光源を実施の形態１の第１，２応用例の光学系に用いると画像表示パネルの照明は走査方向と直交する方向においては中心に対して周辺が暗い傾向が出てしまうが、インテグレータ光学系を用いることで一旦均一な明るさの像をつくり、これを投射することにより画像表示パネル走査方向と直交する方向についても明るさ低下のない良好な画像が得られる。
【００６１】
また先も述べたが、走査を回転多面鏡であるポリゴンミラーで行うことで走査に関わる反射面は任意の光について言うと１面であることから、各色光用の第２の集光レンズ３１８Ｒ、３１８Ｇ、３１８Ｂと回転多面鏡の間隔を短く構成することで、有効光束の大きさを小さく出来ることから回転多面鏡３１９の反射面３２０を小さく構成する事が可能となり、回転多面鏡３１９を小さくできるだけでなくこれを回動せしめるモーターも小型に出来ることから装置全体の小型化、軽量化、コストダウンを実現することが出来る。（前記特開平４−３１６２９６では４面プリズムを透過で使うため、走査には常に距離の離れた２面が関わるため、有効光束の小型化困難でセット全体の大型化を伴う。）
この実施の形態２も（実施の形態１）と同様に画像表示パネル３０６は透過型液晶方式のものとしたが、入射光を変調して表示を行う表示デバイスで有れば応用可能なことから、反射型液晶方式、反射型ミラーデバイス等を応用可能である。ただし高速応答可能なデバイスが必要なことは言うまでもない。このとき各デバイスにあわせた光学系、特に走査光学系と表示デバイス間の最適化が必要なことはもちろんである。
【００６２】
上記実施の形態においても実施の形態１のような配置で回転多面鏡３１９と入射光の関係としても実現可能である。これによる本発明の光学システムの高さ寸法を抑えることが可能となる。但し実施の形態２の配置に比べて走査方向について全ての光が斜めに入射することで各色光用の第２の集光レンズ３１８Ｒ、３１８Ｇ、３１８Ｂと回転多面鏡３１９の間隔が長くなり回転多面鏡反射面の大型化による装置全体の大型化を伴うことから、全体の方向からこの配置を決定する必要がある。
【００６３】
実施の形態において白色光を色分離した際の色配置については色分解光学系構成を変えることで、変更可能であることは明らかである。
【００６４】
また走査方向は画像表示パネル３０６に対して横方向の走査での実施の形態を示したが画像表示パネル３０６と照明光学系の配置設定の変更により有効表示部の縦方向の走査でも同様な構成が可能であることは言うまでもない。このとき表示パネルの駆動方法は走査方向によっての最適化設計される。
【００６５】
さらに図１２にあるように画像表示部を実施の形態２の構成として、画像表示パネル３０６上の画像を図にはないスクリーンに拡大投射可能に投写レンズ３２９を設けることで投写型画像表示装置を構成することもできる。このときも必ずしも実施の形態２に有るように画像表示パネル３０６を透過型液晶とする必要はなく、先に述べたような他の方式の表示デバイスとした場合も周知の技術の範囲で各表示デバイスに最適化を行った投写レンズ特性設定、配置を行えば応用可能であることは言うまでもない。
【００６６】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３について以下に述べる。図１３は実施の形態３の第１の上面図で光源から回転多面鏡までの構成を示し、図１４は実施の形態３の第２の上面図で回転多面鏡から投写レンズまでの構成を示し、図１５は光源側と対向する方向から見た側面図である。光源部４０１、インテグレータ光学系４０２、色分解光学系４０３、集光手段４０４（請求項で言う第１の光学手段）、走査光学系４０５（請求項で言う第２の光学手段）、画像表示パネル４０６、図にはない画像表示パネル駆動回路４０７、投写レンズ４０８からなっている。光源部４０１は電極間の放電によりアークを形成し光を発生する白色光を出射する光源４０９と、光源４０９からの光をその回転対称軸上の一方向に反射するリフレクター４１０とからなり、光源部４０１からの光はインテグレータ光学系４０２に入射する。インテグレータ光学系４０２は同形状の矩形有効開口部を備えたマイクロレンズの集合体である第１のレンズアレイ４１１と、前記第１のレンズアレイ４１１の各マイクロレンズに１対１に対応するマイクロレンズの集合体である第２のレンズアレイ４１２とからなり、前記第２のレンズアレイ４１２を構成する各マイクロレンズは前記第１のレンズアレイ４１１の各マイクロレンズにより第２のレンズアレイ４１２上に形成される光源像の大きさに合わせた開口をもって構成され、さらに前記第１のレンズアレイ４１１の各マイクロレンズの矩形開口形状を色分解光学系４０３を経て、集光手段４０４の各色用の第１の集光レンズ４１３Ｒ、４１３Ｇ、４１３Ｂ上において重畳して矩形の均一照明を実現するよう曲率中心位置を設定してある。このとき各光路で形成される矩形像は集光しきれない光が周辺への漏れ光となって画質劣化の要因となることから、この各色用の第１の集光レンズ４１３Ｒ、４１３Ｇ、４１３Ｂの入射側には同一開口形状を備えた開口絞り４１４Ｒ、４１４Ｇ、４１４Ｂが設けられている。前述の色分解光学系４０３は入射光に対して赤反射ダイクロイックミラー４１５、青反射ダイクロイックミラー４１６を交差して備えられてなり、白色の入射光のうち赤の波長体の光は赤反射ダイクロイックミラー４１５で反射されて赤光路第１の集光レンズ４１３Ｒに導かれる。白色の入射光のうち緑の波長体の光は赤反射ダイクロイックミラー４１５、青反射ダイクロイックミラー４１６を透過した後緑光路第１の集光レンズ４１３Ｇに導かれる。白色の入射光のうち青の波長体の光は青反射ダイクロイックミラー４１６で反射され青光路第１の集光レンズ４１３Ｂに導かれる。このうち、赤と青の光路において第１の集光レンズは出射した光は全反射ミラー４１７Ｒ、４１７Ｂで反射された後中間リレーレンズ４１８Ｒ、４１８Ｂ上に集光する（第２のレンズアレイ４１２像を形成）よう設定されており、中間リレーレンズ４１８Ｒ、４１８Ｂは第１の集光レンズ上の矩形照明像を出射リレーレンズ４１９Ｒ、４１９Ｂ上に形成するよう設けられている。
【００６７】
この出射リレーレンズ４１９Ｒ、４１９Ｂは中間リレーレンズ４１８Ｒ、４１７Ｂ上に形成された前記第２のレンズアレイ４１２像を各色光用の第２の集光レンズ４２０Ｒ、４２０Ｂを介して回転多面鏡４２１の反射面４２２上に形成する。緑光路第１の集光レンズ４１３Ｇは前記第２のレンズアレイ４１２像を緑色光用の第２の集光レンズ４２０Ｇを介して回転多面鏡４２１の反射面４２２上に形成する。これにより反射面４２２上の光源像を小さく形成することが可能となり、装置全体の小型化に寄与する。但し大きさを優先しない場合は回転多面鏡４２１の反射面４２２上に第２のレンズアレイ４１２像を形成せず、各色光用の第２の集光レンズ４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂ上に形成するように構成することも出来る。また、回転多面鏡４２１の反射面４２２と各色光用の第２の集光レンズ４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂの間隔を小さくとれば、ある程度の小型化はこの構成でも可能である。
【００６８】
各色光用の第２の集光レンズ４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂは集光手段４０４の緑色光用の第２の集光レンズ４２０Ｇ、出射リレーレンズ４１９Ｒ、４１９Ｂ上に形成された矩形照明像を走査光学系４０５（請求項で言う第２の光学手段）を介して画像表示パネル４０６上に矩形照明を行うよう設定されている。その矩形照明部の形状は図２にあるように画像表示パネル４０６の照明走査方向について走査域のおよそ１／３の大きさをもってなる短冊状を成している。
【００６９】
走査光学系４０５は図１４にあるように走査方向についていえば、少なくとも回転多面鏡４２１上の反射面４２２に相当する範囲を入射光有効部とし、その結像高さは入射光の角度に比例するものであり、前記回転多面鏡４２１の反射面一辺あたりの成す角をθｐとすると、入射光がθｐで入射した際に照明部である画像表示パネル上の走査方向について最も光線高の高い部分に集光するよう、入射角度によって結像位置の高さが決まる構成である。
【００７０】
ここで回転多面鏡４２１の回転のある瞬間をとらえた場合、図４と同様にあるように１つの反射面４２２上には赤、緑、青の光の集合体（スポット）がお互いに主光線が重なり合わないよう回転方向について一列に形成される。このときの間隔は回転多面鏡４２１の回転中心から各色光主光線入射位置を見たときに図１３で赤色光主光線入射位置と緑色光主光線入射位置、緑色光主光線入射位置と青色光主光線入射位置はそれぞれおよそθｐ／３の角度を成している。
【００７１】
この回転多面鏡４２１の大きさは走査角度（２×θｐ）と反射面一面の大きさによって決まる。このうち走査角度は走査光学系４０５の設計と画像表示パネル４０６サイズ、集光Ｆナンバーからおよそ決まるが、反射面一面の大きさは光源像が配列されて決まることから光源像（第２のレンズアレイ４１２像）の大きさによって決まる。従って本実施の形態においてはこの反射面の小型化、回転多面鏡の小型化のために図１６に有るように前記第２のレンズアレイ４１２は像が反射面上に形成された際に走査方向に相当する方向に短くなるよう各マイクロレンズの配置が決められている。もちろんこのときこのマイクロレンズ開口部に光源像が配置されるよう前記第１のレンズアレイ４１１の各マイクロレンズは曲率中心位置を設定されている。このようにして明るさはそのままに第２のレンズアレイ４１２形状を細長く形成することで反射面の大きさを抑えることが出来、回転多面鏡の小型化を実現している。
【００７２】
そして回転多面鏡４２１は回転軸４２３を中心に図にはないモーターによって回動せしめられている。回転時の出射光の様子は実施の形態２と同じく図１１に示した動作であり、内容が重複するのでここでは割愛する。
【００７３】
前記走査光学系４０５は図１４にあるように、たとえば走査方向に長い開口を持ち、走査方向に直交する方向に短い開口を持つ走査レンズ４２４、４２５、４２６からなり、このうち何面かは走査方向と走査方向に直交する方向で曲面Ｒが異なって構成されていることで、走査方向では回転多面鏡４２１の反射面からの入射角により結像位置高さを決める光学系、走査方向に直交する方向については集光手段４０４の緑色光用の第２の集光レンズ４２０Ｇ、出射リレーレンズ４１９Ｒ、４１９Ｂ上の矩形照明部を各色光用の第２の集光レンズ４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂを介して画像表示パネル４０６上へその横幅におよそ相当するように拡大投射する光学系を構成している。本実施の形態においては走査方向についてはそれに直交する方向に対して小さなＦナンバーで画像表示パネル４０６上に集光するよう構成されている。
【００７４】
集光効率的には走査方向に直交する方向についてもＦナンバーは小さい方が有利だが装置全体の小型化に対して不利にはたらくので、ここでは画像表示パネル４０６上の短冊状照明のうち長辺側端面のフォーカスを得る必要があることから（このフォーカスがあまいと混色が発生）、走査方向のＦナンバーを小さく、これに直交する方向のＦナンバーを比較的大きく取ることで装置全体の小型化も実現している。
【００７５】
また、画像表示パネル４０６は液晶パネル４２７と、これの両面に備えられた偏光子である入射側偏光板４２８と検光子である出射側偏光板４２９からなり、図６で示すように実施の形態１同様に構成されているとしている。画像表示パネル４０６の構成・作用は実施の形態１、２と重複するのでここでは割愛する。
【００７６】
さらに画像表示パネル４０６上の画像を図にはないスクリーンに拡大投射可能に投写レンズ４０８が設けられており大型映像を得ることが出来る。この投写レンズ４０８は画像表示パネル３０６から出射される光を損失無く取り込める大きさの瞳を備えている。
【００７７】
以上の様に構成することで実施の形態２と同様に白色光を発する放電管式の光源を用いた場合にも、カラーフィルターのような色選択手段を備えていない画像表示パネルを用いてのカラー表示が可能であり、しかもこのとき画像表示パネルの各画素は各色光の表示を行うことから解像度を落とすことはない。さらに光源からの光は常に有効に画像表示パネルへ導かれることから光利用率も高く実現できる。さらには前述のメタルハライドランプ、高圧水銀灯のような放電管式の光源を用いた場合リフレクターからの光は中心が明るく周辺が暗い分布となって射出されるため、この光源を実施の形態１の第１，２応用例の光学系に用いると画像表示パネルの照明は走査方向と直交する方向においては中心に対して周辺が暗い傾向が出てしまうが、インテグレータ光学系を用いることで一旦均一な明るさの像をつくり、これを投射することにより画像表示パネル走査方向と直交する方向についても明るさ低下のない良好な画像が得られる。また同時にほとんど性能劣化なく回転多面鏡の小型化を実現し、小型の投写型画像表示装置を提供できる。
【００７８】
この実施の形態３も実施の形態１、２同様に画像表示パネル４０６は透過型液晶方式のものとしたが、入射光を変調して表示を行う表示デバイスで有れば応用可能なことから、反射型液晶方式、反射型ミラーデバイス等を応用可能である。ただし高速応答可能なデバイスが必要なことは言うまでもない。このとき各デバイスにあわせた光学系、特に走査光学系と表示デバイス間の最適化が必要なことはもちろんである。
【００７９】
上記実施の形態においても実施の形態１のような配置で回転多面鏡４２１と入射光の関係としても実現可能である。これによる本発明の光学システムの高さ寸法を抑えることが可能となる。但し実施の形態３の配置に比べて走査方向について全ての光が斜めに入射することで各色光用の第２の集光レンズ４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂと回転多面鏡４２１の間隔が長くなり回転多面鏡反射面の大型化による装置全体の大型化を伴うことから、全体の方向からこの配置を決定する必要がある。
【００８０】
実施の形態において白色光を色分離した際の色配置については色分解光学系構成を変えることで、変更可能であることは明らかである。また、色分解光学系の構成についてもは白色光を色毎に光路を分離できる構成で有れば応用可能であることは言うまでもない。
【００８１】
また走査方向は画像表示パネル４０６に対して横方向の走査での実施の形態を示したが画像表示パネル４０６と照明光学系の配置設定の変更により有効表示部の縦方向の走査でも同様な構成が可能であることは言うまでもない。このとき表示パネルの駆動方法は走査方向によっての最適化設計される。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように本発明によればカラーフィルターを持たず、各色光専用の画素を持たないライトバルブを用いてカラー表示を行うことが可能となることで高解像度表示を可能にするだけでなく、白色光源を用いた場合には常に赤、緑、青の色光を表示していることから光源からの光利用の高効率化を実現することが出来る。  しかも回転多面鏡を用いて走査光学系を構成することで、小型・低コストに画像表示装置、投写型画像表示装置を提供することが出来る。
【００８３】
また表示デバイス（ライトバルブ）については透過、反射型を問わず応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の全体構成図
【図２】実施の形態１の画像表示パネル照明状態説明図
【図３】実施の形態１の各色光画像表示パネル走査光学系説明図
【図４】実施の形態１の回転多面鏡反射面と光源スポットの関係図
【図５】実施の形態１の走査原理説明図
【図６】実施の形態１の画像表示パネル構成図
【図７】実施の形態１の応用例構成図
【図８】実施の形態２の光源から回転多面鏡までの構成を示す上面図
【図９】実施の形態２の回転多面鏡から画像表示パネルまでの構成を示す上面図
【図１０】実施の形態２の側面図
【図１１】実施の形態２の各色光画像表示パネル走査説明図
【図１２】実施の形態２応用の投写型画像表示装置を示す図
【図１３】実施の形態３の光源から回転多面鏡までの構成を示す上面図
【図１４】実施の形態３の回転多面鏡から画像表示パネルまでの構成を示す上面図
【図１５】実施の形態３の側面図
【図１６】実施の形態３の第２レンズアレイ外観図
【図１７】従来のマイクロレンズによる単板式投写型画像表示装置構成図
【図１８】従来のマイクロレンズによる単板式投写型画像表示装置の表示パネル部拡大図
【図１９】従来の走査光学系による単板式投写型画像表示装置構成図
【図２０】従来の走査光学系による単板式投写型画像表示装置構成図の色分解部拡大図
【符号の説明】
１００  投写型画像装置
１０１、１２０、２０１、３０１、４０１  光源部
１０２  ライトバルブ
１０３  照明装置
１０４、３１５、４１５  赤反射ダイクロイックミラー
１０５、３１６  緑反射ダイクロイックミラー
１０６、３１７、４１７Ｒ、４１７Ｂ  全反射ミラー
１０７、１２１、３０３、４０３  色分解光学系
１０８、３２９、４０８  投写レンズ
１０９、１１０、１１１  光軸
１１２  コンデンサーレンズ
１１３、２１７、３２７、４２８  入射側偏光板
１１４  赤色用画素開口
１１５  緑色用画素開口
１１６  青色用画素開口
１１７  マイクロレンズ
１１８  マイクロレンズアレイ
１１９、２１８、３２８、４２９  出射側偏光板
１２２  照明部
１２３  単一ライトバルブ
１２４、２０３、２２０、３０５、４０５  走査光学系
１２５  ライトバルブ駆動回路
１２６  スクリーン
２０２、３０４、４０４  集光手段
２０４、３０６、４０６  画像表示パネル
２０５、３０７、４０７  画像表示パネル駆動回路
２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂ  光射出部
２０７  赤色光用光源部
２０８  青色光用光源部
２０９  緑色光用光源部
２１０Ｒ、３１３Ｒ、４１３Ｒ  赤光路第１の集光レンズ
２１０Ｇ、３１３Ｇ、４１３Ｇ  緑光路第１の集光レンズ
２１０Ｂ、３１３Ｂ、４１３Ｂ  青光路第１の集光レンズ
２１１Ｒ、３１８Ｒ、４２０Ｒ  赤光路第２の集光レンズ
２１１Ｇ、３１８Ｇ  緑光路第１の集光レンズ
２１１Ｂ、３１８Ｂ、４２０Ｂ  青光路第２の集光レンズ
２１２、３１９、４２１  回転多面鏡
２１３、３２０、４２２  反射面
２１５、４２３  回転軸
２１６、３２６、４２７  液晶パネル
２１９Ｒ、３２２Ｒ  赤色光主光線
２１９Ｇ、３２２Ｇ  緑色光主光線
２１９Ｂ、３２２Ｂ  青色光主光線
３０２、４０２  インテグレータ光学系
３０８、４０９  光源
３０９、４１０  リフレクター
３１０、４１１  第１のレンズアレイ
３１１、４１２  第２のレンズアレイ
３１２  インテグレータ集光レンズ
３１４Ｒ、３１４Ｇ、３１４Ｂ、４１４Ｒ、４１４Ｇ、４１４Ｂ  開口絞り
３２３、３２４、３２５、４２４、４２５、４２６  走査レンズ
４１６  青反射ダイクロイックミラー
４１８Ｒ、４１８Ｂ  中間リレーレンズ
４１９Ｒ、４１９Ｂ  出射リレーレンズ
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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