JP2000206455A

JP2000206455A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JP2000206455A
Application number: JP11007421A
Authority: JP
Inventors: Tomiyoshi Ushiyama; 富芳牛山; Kazuhiro Nishida; 和弘西田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-01-14
Filing date: 1999-01-14
Publication date: 2000-07-28
Also published as: US20020027642A1; US6371617B1; US6547401B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光変調装置を用いた投写型表示装置における
照明光学系の照明効率の向上を図る。【解決手段】複数の画素を含む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
る光変調装置と、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入射するように、前
記照明光を射出する照明光学系と、前記光変調装置から
射出された画像光を投写する投写光学系とを備えてい
る。前記照明光学系は、光源部と、前記光源部から射出
された光が通過する透光性ロッドであって、通過する光
の少なくとも一部が前記透光性ロッドの内面で反射を繰
り返しながら通過する透光性ロッドとを備えている。前
記透光性ロッドは、前記透光性ロッドの中心軸に垂直な
断面積が入射側から射出側に向けて単調に増加する形状
を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像を投写して表
示する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が利用されてい
る。マイクロミラー型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、Ｄ
ＭＤは、所定の角度で入射した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。したが
って、ＤＭＤのような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、高精度で明るい画像を
実現するためには、光変調装置に照射される照明光を可
能な限り高精度な所定の角度で入射させることが好まし
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、照明光学系か
ら射出された照明光は、実際には種々の入射角度を有し
ている。このため、所定の入射角度の許容範囲を超えた
角度を有する照明光は、画像光として利用することがで
きない。この結果、照明光学系の照明効率が悪くなると
いう問題がある。また、この問題は、複数の画素を含む
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に共通する問題である。

【０００５】この発明は、複数の画素を含む光照射面に
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
光変調装置を用いた投写型表示装置において、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目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題を解決するため、本発明の投写型表示装置は、
複数の画素を含む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
と、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入射するように、前記照明光を射
出する照明光学系と、前記光変調装置から射出された画
像光を投写する投写光学系と、を備え、前記照明光学系
は、光源部と、前記光源部から射出された光が通過する
透光性ロッドであって、通過する光の少なくとも一部が
前記透光性ロッドの内面で反射を繰り返しながら通過す
る透光性ロッドと、を備え、前記透光性ロッドは、前記
透光性ロッドの中心軸に垂直な断面積が入射側から射出
側に向けて単調に増加する形状を有している、ことを特
徴とする。

【０００７】上記投写型表示装置によれば、透光性ロッ
ドを通過する光が透光性ロッドの内面に入射する角度
（入射角）は、反射を繰り返すごとにだんだん大きくな
るので、透光性ロッドから射出される照明光の中心軸に
対する光の角度を小さくすることができる。この結果、
種々の角度を有する照明光の角度分布を小さくすること
ができる。これにより、光変調装置の光照射面に照射さ
れる照明光の入射角度の精度を向上させることができる
ので、照明光学系の照明効率を向上させることができ、
明るい投写画像を表示することができる。

【０００８】ここで、前記透光性ロッドは、前記透光性
ロッドの中心軸に垂直な断面の各辺の大きさが入射側か
ら射出側に向けて直線的に増加する形状を有しているよ
うにしてもよい。

【０００９】このようにすれば、透光性ロッドを比較的
容易に製作することができる。

【００１０】上記投写型表示装置において、前記透光性
ロッドの少なくとも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、前記透光性ロッドから射出された照明光が前記光照
射面に前記所定の角度で斜めに入射する場合に、前記照
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、前記第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る、ことが好ましい。

【００１１】こうすれば、照明光が光照射面に所定の角
度で斜めに入射する場合でも、照明領域の輪郭形状を略
矩形状の光照射面に近づけることができる。したがっ
て、光変調装置の光照射面に照射される照明光の照明効
率を、さらに向上させることができる。

【００１２】

【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。

【００１３】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。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。照明光学系１００は、後述するように、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２００ａｘ（光照
射面２０２の法線２０２ｎ）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。

【００１４】照明光学系１００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１３
０と、透光性ロッド１４０と、第２のコンデンサーレン
ズ１５０と、フィールドレンズ１６０と、を備えてい
る。これらの光学要素１１０，１２０，１３０，１４
０，１５０，１６０は、照明光学系１００の中心軸１０
０ａｘに沿って順に配置されている。

【００１５】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１１
２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凹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、第１の
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。また、略平行光が
第１のコンデンサーレンズ１２０に入射するように、Ｆ
ナンバーの小さいレンズを第１のコンデンサーレンズ１
２０として用いるようにしてもよい。

【００１６】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
上に集光させるための光学要素である。

【００１７】図２は、カラーホイール１３０を光源部１
１０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１３０
Ｇ，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。

【００１８】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１３
０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。

【００１９】照明光は、図１の透光性ロッド１４０の内
面で反射を繰り返しながら透光性ロッド１４０内を通過
する。この結果、透光性ロッド１４０は、光源部１１０
から射出されて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し
ている。すなわち、いわゆるインテグレータ光学系の機
能を有している。このような透光性ロッドは、インテグ
レータロッドと呼ばれる。

【００２０】図３は、透光性ロッド１４０の外観を示す
斜視図である。この透光性ロッド１４０は、中心軸１４
０ａｘに垂直な断面が略矩形状であるとともに、入射側
側面１４０Ｉ側の断面よりも射出側側面１４０Ｏ側の断
面のほうが大きな柱状プリズムである。なお、透光性ロ
ッド１４０については、さらに後述する。

【００２１】透光性ロッド１４０から射出された光は、
第２のコンデンサーレンズ１５０によって集光されて、
フィールドレンズ１６０に入射する。２つのレンズ１５
０、１６０は透光性ロッド１４０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。

【００２２】以上のように、照明光学系１００は、各光
学要素１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６
０の機能によって、マイクロミラー型光変調装置２００
の光照射面２０２を均一に照明する。

【００２３】マイクロミラー型光変調装置２００は、光
照射面２０２に照射された照明光を画像情報に応じてマ
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４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。

【００２４】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２
０４ｃ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４（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４（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２
０度となるように入射される。

【００２５】図４（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４（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。

【００２６】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Ｆ
ｎ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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】本発明の投写型表示装置１０００は、上述
したように、透光性ロッド１４０の形状に特徴を有して
いる。すなわち、図３に示すように、入射側側面１４０
Ｉ側の断面よりも射出側側面１４０Ｏ側の断面のほうが
大きな柱状プリズムである点に特徴を有している。透光
性ロッド１４０を上記のような形状としているのは、以
下の理由による。

【００３０】照明光学系１００の照明光は、図４を用い
て説明したように、光照射面２０２の法線２０２ｎ方向
ではなく、法線２０２ｎに対して一定の傾きθＬを有す
る方向からマイクロミラー型光変調装置２００の光照射
面２０２に照射される。この照明光のうち、光照射面２
０２の各マイクロミラー２０４によって投写レンズ３０
０の方に反射された光のみが画像光として利用される。

【００３１】図５は、マイクロミラー２０４に照射され
た照明光の入射角度と反射光の反射方向について示す説
明図である。図５に示すように、平面Ｆの法線Ｆｎから
＋θＬ傾いた方向から入射した入射光ＩＲ（θＬ）は、
マイクロミラー２０４が平面Ｆに対して＋（θＬ／２）
だけ傾いたとき、法線Ｆｎに沿った方向、すなわち、投
写レンズ３００の方向に反射されて、反射光ＲＲ（θ
Ｌ）として射出される。しかし、図５（Ａ）に示すよう
に、法線Ｆｎから＋（θＬ−Δθ）傾いた方向から入射
射した入射光ＩＲ（θＬ−Δθ）は、法線Ｆｎよりも入
射光ＩＲ（θＬ）側に傾いた方向に反射されて、反射光
ＲＲ（θＬ−Δθ）として射出される。また、図５
（Ｂ）に示すように、法線Ｆｎから＋（θＬ＋Δθ）で
入射した入射光ＩＲ（θＬ＋Δθ）は、法線Ｆｎに対し
て入射光ＩＲ（θＬ）とは反対の側に傾いた方向に反射
されて、反射光ＲＲ（θＬ＋Δθ）として射出される。
これらの反射光は、入射光ＩＲ（θＬ）に対する角度変
化量Δθが大きいほど法線Ｆｎから傾く傾向にある。し
たがって、照明光に、このような角度変化量Δθの大き
な光が多いと、投写レンズ３００に入射して画像光とし
て利用できない光が多くなり、明るい画像を表示させる
ことができなくなる場合がある。また、マイクロミラー
２０４が−（θＬ／２）だけ傾いたときには、投写レン
ズ３００に入射しないように反射するはずの光が投写レ
ンズ３００に入射してしまい、画像の解像度を低下させ
てしまう場合がある。特に、角度変化量±Δθが、マイ
クロミラー２０４の回動可能範囲±（θＬ／２）よりも
大きくなると、照明光学系１００や投写レンズ３００に
入射する迷光が増加することになる。以上のことから、
マイクロミラー型光変調装置２００に照射される照明光
の角度分布は小さいことが好ましい。少なくとも、照明
光に含まれる角度分布の許容範囲は、所定の入射角度に
対してマイクロミラー２０４の回動可能範囲である±
（θＬ／２）以下であることが好ましい。

【００３２】図６は、透光性ロッド１４０に入射する光
について示す説明図である。入射側側面１４０Ｉに入射
した光は、その入射角θ１が透光性ロッド１４０の中心
軸１４０ａｘに対して斜めに傾いた側面１４０Ｓ１，１
４０Ｓ２の傾きθｉｏよりも大きい場合には、側面１４
０Ｓ１，１４０Ｓ２で反射を繰り返して射出側側面１４
０Ｏから射出される。このとき、側面１４０Ｓ１，１４
０Ｓ２への光の入射角は、反射を繰り返すごとに大きく
なる。この結果、射出側側面１４０Ｏから射出される光
の中心軸１４０ａｘに対する傾き（射出角）θ２は、入
射角θ１よりも小さくすることができる。すなわち、こ
の透光性ロッド１４０は、入射角の大きな光の射出角を
小さくすることができる。例えば、透光性ロッドの長さ
や側面１４０ＳＩ，１４０Ｓ２の傾きθｉｏを調整すれ
ば、透光性ロッド１４０から射出される照明光の角度分
布を許容範囲±（θＬ／２）以内にすることができる。
これにより、照明光学系１００は、照明光の角度分布を
小さくすることができるので、マイクロミラー型光変調
装置２００に照射される照明光の利用効率を向上させる
ことができる。

【００３３】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角度分布を小さくす
ることができるので、照明光学系１００から射出された
照明光の利用効率を向上させることができる。また、照
明光学系１００によってマイクロミラー型光変調装置２
００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。

【００３４】なお、透光性ロッド１４０は、側面１４０
Ｓ１，１４０Ｓ２の傾きが一定、すなわち、透光性ロッ
ド１４０の中心軸１４０ａｘに垂直な断面の各辺の大き
さが入射側から射出側に向けて直線的に増加する形状を
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、透光性ロッドの中心軸に垂直
な断面の各辺の大きさが入射側から射出側に向けて曲線
的に増加する形状を有するようにしてもよい。すなわ
ち、透光性ロッドは、前記透光性ロッドの中心軸に垂直
な断面積が入射側から射出側に向けて単調に増加する形
状を有していればよい。このようにしても、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
明光の角度分布を小さくすることができる。

【００３５】また、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、透光性ロッド１４０の長さや側面１
４０Ｓ１，１４０Ｓ２の傾きθｉｏも種々の態様が考え
られる。例えば、マイクロミラー２０４の回動範囲±
（θＬ／２）が、図４に示す値よりも大きい場合には、
透光性ロッド１４０の側面１４０Ｓ１，１４０Ｓ２の傾
きθｉｏを小さくすることができる。

【００３６】また、本実施例の投写型表示装置１０００
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。

【００３７】なお、各光学要素１２０，１５０，１６０
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１２０，１５０，１６０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１２０，１５０，１６０，３００は、それぞれ複数
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、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、透光性ロッド
１４０の射出側側面１４０Ｏにレンズ面を形成して、第
２のコンデンサーレンズ１５０を省略することも可能で
ある。また、第１のコンデンサーレンズ１２０を省略す
ることもできる。

【００３８】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、全反射プリズムを備え
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。

【００３９】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。

【００４０】Ｂ．第２実施例：図７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。照明光学系１
００Ａは、照明光学系１００の透光性ロッド１４０を透
光性ロッド１４０Ａに置き換えた点を除いて同じであ
る。

【００４１】図８は、透光性ロッド１４０Ａを示す斜視
図である。この透光性ロッド１４０Ａと図３の透光性ロ
ッド１４０との異なる点は、中心軸１４０ａｘに垂直な
断面が平行四辺形である点である。

【００４２】マイクロミラー型光変調装置２００には、
図４に示したように、光照射面２０２の法線２０２ｎ方
向（中心軸２０２ａｘに平行な方向）ではなく、法線２
０２ｎ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９は、光照射面２０２
上に照射された照明光の照明領域について示す説明図で
ある。第１実施例の透光性ロッド１４０（図３）のよう
に略矩形状の断面を有する場合、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４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９（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９（Ｂ）に示すように、照明光学系１
００から射出された照明光の中心光軸に垂直な断面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Ｆ
Ｉ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、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。

【００４３】本実施例の投写型表示装置２０００におい
ては、図８に示すように、透光性ロッド１４０Ａの射出
側側面１４０ＡＯが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に対応するロッド対角線１４
０ＣＲ２の長さよりも断面対角線ＲＩ１に対応するロッ
ド対角線１４０ＣＲ１の長さのほうが短い形状を有して
いる。したがって、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、透
光性ロッド１４０Ａから射出された光の照明効率を向上
させることができる。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、透光性ロッド１４０Ａをその
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。

【００４４】また、光源部１１０側から見た透光性ロッ
ド１４０Ａの断面形状が、図９（Ｂ）に示す断面ＲＩに
相似な形状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１４０Ａ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１４０Ａ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。また、透光性ロッド１４０Ａは、少なくとも射出側
側面１４０Ｏの輪郭のみが、断面ＲＩに相似となるよう
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。

【００４５】Ｃ．第３実施例：図１０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３０００は、照明
光学系１００Ｂ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３０００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。

【００４６】照明光学系１００Ｂと図１の照明光学系１
００との違いは、カラーホイール１３０を省略したこと
である。したがって、この照明光学系１００Ｂ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。

【００４７】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４３０
Ｉ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。

【００４８】第２のプリズム４３０の側面４３０Ｉ，４
３０Ｒ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１００
Ｂからの光が入射する側面４２０Ｉと第２のプリズム４
３０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４２０
Ｏには、青色光Ｂ用のマイクロミラー型光変調装置２０
０Ｂ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４
２０Ｏ，４３０Ｏ，４４０Ｏに接して設けられる必要は
ない。

【００４９】照明光学系１００Ｂ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ＢＦＩ
Ｌ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。

【００５０】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。ＢＦ
ＩＬ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ＢＦ
ＩＬ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。

【００５１】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３０
０に向けて射出される。マイクロミラー型光変調装置２
００Ｂ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。

【００５２】一方、青色光反射膜ＢＦＩＬに入射した光
のうち赤色光Ｇおよび緑色光Ｇは、青色光反射膜ＢＦＩ
Ｌ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Ｇ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ＲＦＩ
Ｌに入射した光のうち赤色光Ｒは、赤色光反射膜ＲＦＩ
Ｌ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ＢＦＩ
Ｌ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。

【００５３】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。

【００５４】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２０
０Ｇ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３
００に向けて射出される。

【００５５】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Ｆ
Ｇ，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。

【００５６】なお、各マイクロミラー型光変調装置２０
０Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂに入射される光は、図４で説
明したように、所定の角度で入射される。

【００５７】第３実施例の投写型表示装置３０００も、
透光性ロッド１４０を備える照明光学系１００Ｂを適用
しているので、第１実施例の投写型表示装置１０００と
同様に、照明効率を向上させることができる。これによ
り、明るい投写画像を実現することができる。さらに、
第２実施例で説明した透光性ロッド１４０Ａ（図８）を
用いれば、マイクロミラー型光変調装置２００Ｒ，２０
０Ｇ，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１００
Ｂから射出された照明光の照明効率を、さらに向上させ
ることができる。これにより、さらに明るい投写画像を
実現することができる。

【００５８】また、第３実施例の投写型表示装置３００
０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２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。

【００５９】なお、本実施例の色光分離合成プリズム４
００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。

【００６０】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。

【００６１】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４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Ｉ
Ｒ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
形である透光性ロッドを備え、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。

【００６２】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】透光性ロッド１４０の外観を示す斜視図であ
る。

【図４】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５】マイクロミラー２０４に照射された照明光の入
射角度と反射光の反射方向について示す説明図である。

【図６】透光性ロッド１４０に入射する光について示す
説明図である。

【図７】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８】透光性ロッド１４０Ａの外観を示す斜視図であ
る。

【図９】光照射面２０２上に照射された照明光の照明領
域について示す説明図である。

【図１０】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。

【符号の説明】

１００…照明光学系１００Ａ…照明光学系１００Ｂ…照明光学系１１０…光源部１１２…光源ランプ１１４…凹面鏡１１６…開口部１２０…第１の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（透過型色
フィルタ）１４０…透光性ロッド１４０Ｉ…入射側側面１４０Ｏ…射出側側面１４０Ａ…透光性ロッド１４０ＡＩ…入射側側面１４０ＡＯ…射出側側面１４０ＣＲ１…ロッド対角線１４０ＣＲ２…ロッド対角線１４０Ｓ１，１４０Ｓ２…側面１５０…第２のコンデンサーレンズ１６０…フィールドレンズ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２０４…マイクロミラー３００…投写レンズ４００…色光分離合成プリズム４２０，４３０，４４０…プリズム１０００…投写型表示装置２０００…投写型表示装置３０００…投写型表示装置ＢＦＩＬ…青色光反射膜ＲＦＩＬ…赤色光反射膜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ＳＰ…光スポット

フロントページの続きＦターム(参考） 5C058 AA18 BA05 BA23 EA02 EA12 EA27 5C060 BA03 BA09 BC01 EA01 GA01 GB01 GB06 HC01 HC17 HC24 JA11 JB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を投写して表示する投写型表示装置
であって、複数の画素を含む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
と、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
面に所定の角度で入射するように、前記照明光を射出す
る照明光学系と、前記光変調装置から射出された画像光を投写する投写光
学系と、を備え、前記照明光学系は、光源部と、前記光源部から射出された光が通過する透光性ロッドで
あって、通過する光の少なくとも一部が前記透光性ロッ
ドの内面で反射を繰り返しながら通過する透光性ロッド
と、を備え、前記透光性ロッドは、前記透光性ロッドの中心軸に垂直
な断面積が入射側から射出側に向けて単調に増加する形
状を有している、投写型表示装置。
【請求項２】請求項１記載の投写形表示装置であっ
て、前記透光性ロッドは、前記透光性ロッドの中心軸に垂直
な断面の各辺の大きさが入射側から射出側に向けて直線
的に増加する形状を有している、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、前記透光性ロッドの少なくとも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、前記透光性ロッドから射出された照明光
が前記光照射面に前記所定の角度で斜めに入射する場合
に、前記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、前記第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る、投写型表示装置。