JP2002250894A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射型ライトバルブを備え、且つ、反射型ラ
イトバルブにおける入射光の光路と出射光の光路とが重
なるのを抑制でき、小型で、高画質の投写画像を得るこ
とができる投写型表示装置を提供することにある。 【解決手段】 光源１０１と、照明光を形成する照明光
学系１０２と、照明光を反射して光学像を形成する反射
型ライトバルブ１０６と、光学像を投影する投写光学系
１０７と、正パワーのレンズ１０５とで投写型表示装置
を構成する。反射型ライトバルブの光軸１１５、投写光
学系の光軸１１３および正パワーのレンズの光軸１１４
は一致させる。照明光学系１０６は、照明光が正パワー
のレンズ１０５を通過して反射型ライトバルブで反射さ
れるように配置する。照明光学系の出射瞳１０８と投写
光学系の入射瞳１０９とは、正パワーのレンズ１０５に
ついて共役関係となるよう配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投写型表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】大画面映像を得る方法として、反射型ラ
イトバルブ上に映像信号に応じた光学像を形成し、その
光学像に光を照射して投写レンズによりスクリーン上に
拡大投写する方法が従来からよく知られている。この反
射型ライトバルブとして、映像信号に応じて光の進行方
向を制御することにより画像を形成する反射型の配光補
正素子（反射型ライトバルブ）を用いれば、より光利用
効率の高い、高輝度の投写画像を表示できる。

【０００３】図６は、従来の反射型ライトバルブを用い
た投写型表示装置の光学系の一例を示す図である。図６
に示すように、光源１はランプ１ａと凹面鏡１ｂとで構
成されている。凹面鏡１ｂは放物面鏡であり、ガラス製
基材の内面に赤外光を透過させ可視光を反射させる光学
多層膜を蒸着して形成されている。ランプ１ａはその発
光体の中心が凹面鏡１ｂの焦点ｆ１に位置するように配
置されている。ランプ１ａから放射される光は凹面鏡１
ｂにより反射され、照明光学系２に向かう。

【０００４】照明光学系２は第１のレンズアレイ３と第
２のレンズアレイ４とで構成されている。第１のレンズ
アレイ３および第２のレンズアレイ４はそれぞれ複数の
レンズ素子で構成されている。第１のレンズアレイ３と
第２のレンズアレイ４とは、照明光学系２に入射した光
によって第1のレンズアレイ３を構成する各レンズ素子
が第２のレンズアレイ４の対応する各レンズ素子上に発
光体像を形成するように、配置されている。照明光学系
２に入射した光は、第１のレンズアレイ３と第２のレン
ズアレイ４により複数の光束に分割された後、フィール
ドレンズ５によって重ね合わされ、偏光ビームスプリッ
タ６に入射する。

【０００５】偏光ビームスプリッタ６に入射した光は、
特定偏光方向の光線のみが反射されて、反射型ライトバ
ルブ７の表示領域に対し垂直に入射する。この反射型ラ
イトバルブ７は反射型液晶パネルであり、映像信号に応
じて偏光光の反射率を変化させて光学像を形成する。反
射型ライトバルブ７からの出射光９は、入射光８に対し
偏光方向を９０度回転させて出射する。出射光９は偏光
ビームスプリッタ６を透過後、投写レンズ１０に入射
し、反射型ライトバルブ７上の光学像は投写レンズ１０
によりスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。

【０００６】図７は、従来の反射型ライトバルブを用い
た投写型表示装置の光学系の他の例を示す図である。図
７に示す光源１、照明光学系２およびフィールドレンズ
５は図６で示したものと同様のものである。フィールド
レンズ５から出射した光はリレーレンズ系２１を通過
し、ミラー２２で反射された後、投写光学系後群２３を
通過して反射型ライトバルブ２４を照明する。

【０００７】反射型ライトバルブ２４は、図６に示すも
のと同様の反射型液晶パネルであり、映像信号に応じて
偏光光の反射率を変化させて光学像を形成する。投写レ
ンズ２５は投写光学系前群２６と投写光学系後群２３と
から構成され、反射型ライトバルブ２４上の光学像は投
写レンズ２５によりスクリーン上（図示せず）に拡大投
写される。照明光は反射型ライトバルブ２４の表示領域
の法線方向に対し、傾いた方向から反射型ライトバルブ
２４を照明するので、照明光２７と投写光２８は光路を
共有することはない。

【０００８】また、反射型ライトバルブとして、ＤＭＤ
（Digital Micro-Mirror Device）が注目されている。
ＤＭＤはシリコン基板の上に複数の微小な反射鏡（以下
「微小ミラー」という。）を２次元的に配置してなるも
のであり、各微小ミラーが画素を構成する。各微小ミラ
ーは、画素の対角位置において対角方向に設けられた二
つの回転支軸によって、±１０度の範囲でシーソーのよ
うに可動するよう構成されている。例えば微小ミラーが
＋１０度傾いた状態がＯＮ、−１０度傾いた状態がＯＦ
Ｆとされる。ＤＭＤは、映像信号に応じて、各微小ミラ
ーを＋１０度または−１０度傾かせることで光線の出射
方向を制御し、光学像を形成する。

【０００９】図８は、従来からのＤＭＤの各画素を構成
する微小ミラーの動作状態を示す図である。なお、同図
はＤＭＤの各微少ミラーの回転支軸に垂直に切断してな
る断面で示されており、反時計方向が微小ミラーの回転
正方向となっている。図８において、３１から３６は微
小ミラーであり、各画素を構成している。３７は投写レ
ンズの一部を示している。

【００１０】図８の例では、微小ミラー３１、３３、３
６は反射型ライトバルブ（ＤＭＤ）の基準面３８に対し
て+１０度（反時計方向）傾いており、ＯＮ状態となっ
ている。このため微小ミラー３１、３３、３６で反射さ
れた入射光３９は投写レンズに入射する。一方、微小ミ
ラー３２、３４、３５は反射型ライトバルブの基準面３
８に対して−１０度（時計方向）傾いており、ＯＦＦ状
態となっている。このため、微小ミラー３２、３４、３
５で反射された入射光３９は投写レンズ３７に入射しな
い。このようなＤＭＤは偏光を利用する液晶パネルに比
べ、自然光を利用でき、光利用率が高く、更に応答速度
が速いなどの特徴を持っている。

【００１１】反射型ライトバルブとしてＤＭＤを用いた
投写型表示装置の光学系として、ＷＯ９８−２９７７３
号に構成例が示されている。図９は、従来のＤＭＤ素子
を用いた投写型表示装置を示す図であり、反射型ライト
バルブ４６の各微少ミラーの回転支軸に垂直に切断して
なる断面で示されている。同図（ａ）は装置全体の概略
構成を示しており、同図（ｂ）は反射型ライトバルブの
近傍部分を拡大して示している。

【００１２】最初に図９（ａ）を用いて説明する。光源
１１は図６で示した光源１と同様に凹面鏡１１ｂとラン
プ１１ａとで構成されている。凹面鏡１１ｂは楕円面鏡
である点で、図６で示した凹面鏡１ｂと異なっている
が、それ以外の点は同様であり、ガラス製基材の内面に
赤外光を透過させ可視光を反射させる光学多層膜を蒸着
して形成されている。ランプ１１ａは、その発光体の中
心が凹面鏡１１ｂの第１焦点（図示せず）に位置するよ
うに配置されている。

【００１３】ランプ１１ａから放射される光は凹面鏡１
１ｂにより反射され、凹面鏡１１ｂの第２焦点（図示せ
ず）に向かう。ランプ１１ａから出た光は、凹面鏡１１
ｂの第２焦点に発光体像を形成し、第２焦点を通過した
光は照明光学系１２に入射し、複数の光束に分割された
後、リレーレンズ１５に入射して重ね合わされる。照明
光学系１２は図６で示した照明光学系２と同様に構成さ
れている。

【００１４】リレーレンズ１５を出射した光は全反射ミ
ラー４１によって反射され、フィールドレンズ４２を経
て全反射プリズム４３に入射する。全反射プリズム４３
は、空気層４４を介して配置された２つの単体プリズム
４３ａと４３ｂとで構成されている。４８は投写レンズ
である。

【００１５】次に図９（ｂ）を用いて説明する。全反射
プリズム４３に入射した入射光４５は単体プリズム４３
ｂと空気層４４との界面で全反射して反射型ライトバル
ブ４６側へと進行する。反射型ライトバルブ４６は映像
信号に応じて光の進行方向を制御して光学像を形成す
る。反射型ライトバルブ４６からの反射光４７は、反射
型ライトバルブ４６の表示領域に垂直な主光線を持つ光
束として出射され、単体プリズム４３ｂまたは４３ａと
空気層４４との界面で反射されることなく全反射プリズ
ム４３を透過し、投写レンズ４８（図９（ａ）参照）に
入射する。これにより、反射型ライトバルブ４６上の光
学像は投写レンズ４８によりスクリーン上に拡大投写さ
れる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６で
示した投写型表示装置においては、反射型ライトバルブ
７として用いられている反射型液晶パネルが、その基板
面に垂直に入射した照明光を該基板面に垂直に反射する
特性をもつため、照明光（入射光８）と投写光（出射光
９）がほぼ同じ光路を逆方向に通過する。このため、図
６で示したように偏光ビームスプリッタ６のような入射
光８と出射光９とを分離する手段が必要となる。偏光ビ
ームスプリッタ６は大きなガラスブロックと多層膜とで
形成されており、このため図６に示す投写型表示装置に
おいては、コストが高いという問題がある。

【００１７】また、偏光ビームスプリッタ６は反射型ラ
イトバルブ７からの出射光９と入射光８とを偏光面の方
向により分離するが、プリズムを構成する媒質中に不均
一性があると不要光成分を発生させ、コントラストを低
下させるという問題を生じさせる。さらに、偏光ビーム
スプリッタ６は偏光方向の異なる成分のみ分離するた
め、入射光８の偏光面を予め揃えておく必要がある。そ
のため、入射光８の偏光面を揃える手段を導入する必要
があり、その分のコストもかかってしまう。一方、偏光
面を揃える手段を導入しない場合は、光利用効率が１／
２以下と大幅に低下してしまう。

【００１８】図７で示した投写型表示装置においては、
反射型ライトバルブ２４に入射する照明光２７と出射さ
れる投写光２８とはその光路を共有しないので、偏光ビ
ームスプリッタを備える必要がないという利点がある。
しかし、図７で示した投写型表示装置においては、照明
光用と投写光用の二つの投写光学系が必要となるため、
投写光学系に必要なＦナンバーが図６の例の２倍とな
る。このため投写光学系を構成するレンズを大型化する
必要があり、また性能を確保するためレンズ枚数を増大
させる必要もあるため、光学系の大型化、コストアップ
につながってしまう。

【００１９】一方、図９に示した投写型表示装置を用い
れば、照明光と投写光との光路の問題や、投写光学系の
大型化の問題を解決することができる。しかし、図９に
示した投写型表示装置においては、照明光と投写光の分
離に全反射プリズム４３が必須になり、結局のところコ
ストアップにつながっているという問題がある。また、
全反射プリズム４３においては、内部に微小な空気層を
含んでいるため、その公差により、投写レンズ４８の解
像特性が大きく左右されるという問題もある。

【００２０】この問題の解決を図るため、特開２０００
−９８２７２号公報等には、投写光学系を非テレセント
リック系とし、それに応じた照明を発生させる構成が開
示されている。図１０は、従来の投写光学系を非テレセ
ントリック系とした投写型表示装置を示す図である。な
お、同図に示す投写型表示装置においても反射型ライト
バルブ６３としてＤＭＤが用いられており、同図は反射
型ライトバルブ６３の各微少ミラーの回転支軸に垂直に
切断してなる断面で示されている。同図（ａ）は装置全
体の概略構成を示しており、同図（ｂ）は反射型ライト
バルブ近傍部分を拡大して示している。

【００２１】図１０（ａ）に示すように、光源２１は図
６で示した光源と同様にランプ２１ａと凹面鏡２１ｂと
で構成されている。なお、凹面鏡２１ｂは図９で示した
凹面鏡１１ｂと同様のものであり、楕円面鏡である。ラ
ンプ２１はその発光体の中心が凹面鏡２１ｂの第１焦点
ｆ１に位置するように配置されている。図６の例と同様
に、ランプ２１から放射された光は凹面鏡２１ｂにより
反射された後、凹面鏡２１ｂの第２焦点ｆ２に発光体像
を形成する。第２焦点ｆ２を通過した光はロッドレンズ
６１に入射し、均一化される。ロッドレンズ６１で均一
化された照明光は、リレーレンズ６２を通過する。

【００２２】図１０（ｂ）に示すように、リレーレンズ
６２を通過した照明光は、照明光学系の出射面６７を通
過して反射型ライトバルブ６３に所定の入射角度で入射
する。反射型ライトバルブ６３は映像信号に応じて光の
進行方向を制御して光学像を形成する。反射型ライトバ
ルブ６３への入射光６４ａ〜６４ｃはそれぞれ所定の角
度で反射され、反射光（出射光）６５が投写レンズ６８
によりスクリーン上に拡大投写される。６６は投写光学
系の瞳である。

【００２３】このように図１０に示す投写型表示装置に
おいては、非テレセントリック系の投写光学系を用いて
おり、全反射プリズムは必要ないため、図９で示した投
写型表示装置よりもコストを下げることができると考え
られる。

【００２４】しかし、図１０に示す投写型表示装置の構
成では、反射型ライトバルブ６３の表示領域全体におけ
る微小ミラーの反射面の法線方向が一定であるため、反
射型ライトバルブ６３の光軸と投写光学系の光軸を略一
致させると、入射光と出射光の光路が重なってしまう。
そのため、均一照明で、良好な画像を得る構成とするこ
とは物理的に困難であり、入射光６４と出射光６５を分
離するために、投写光学系の光軸をオフセットさせる必
要がある。よって、投写光学系は軸ずらし投影となり、
有効表示領域を拡大する必要があるため、光学系が大型
化し、却ってコストアップになるという問題がある。ま
た、正面投写ができないという問題もある。

【００２５】さらに、特開平１１―２４９０６９号公報
には、反射型ライトバルブ表示領域直前に、該表示領域
に応じて異なる入射−反射特性を持つコンデンサレンズ
が、その光軸を投写光学系の光軸に対して偏芯させた状
態で配置されてなる投射型表示装置が開示されている。
この投写型表示装置では、投写光学系に二倍のＦナンバ
ーが要求されることはなく、また入射光と出射光との光
路が重なるといったこともない。

【００２６】しかしながら、この投写型表示装置では、
投写光学系の一部を構成するコンデンサレンズを偏芯さ
せる必要があるため、良好な解像度特性を投写画像全領
域で得ようとすると複雑なレンズ構成が要求される。さ
らに、良好な解像度を得るために、反射型ライトバルブ
を投写光学系の光軸に対して２度から８度傾ける構成と
しているが、「シャインプルーフの関係則」によると該
反射型ライトバルブの投写像も投写光学系の光軸に対し
傾いてしまうと考えられる。このため、反射型ライトバ
ルブの表示領域が長方形の場合、光軸に垂直な面での投
写画像は台形形状となり、良好な表示画像を得るのは困
難と言える。

【００２７】本発明の目的は、上記課題を解決し、反射
型ライトバルブを備え、且つ、反射型ライトバルブにお
ける入射光の光路と出射光の光路とが重なるのを抑制で
き、小型で、高画質の投写画像を得ることができる投写
型表示装置を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にかかる投写型表示装置の第１の態様は、光源
と、前記光源の放射する光を集めて照明光を形成する照
明光学系と、前記照明光を反射して光学像を形成する反
射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブの形成し
た光学像を投影する投写光学系と、前記反射型ライトバ
ルブと前記投写光学系との間に位置する正パワーのレン
ズとを少なくとも有し、前記反射型ライトバルブ、前記
投写光学系および前記正パワーのレンズは互いの光軸が
一致するように配置され、前記照明光学系は、前記照明
光が前記正パワーのレンズを通過して前記反射型ライト
バルブで反射されるように配置され、前記照明光学系の
出射瞳と前記投写光学系の入射瞳とは、前記正パワーの
レンズについて共役関係にあることを特徴とする。

【００２９】また、上記目的を達成するために本発明に
かかる投写型表示装置の第２の態様は、光源と、前記光
源の放射する光を集めて照明光を形成する照明光学系
と、前記照明光を反射して光学像を形成する反射型ライ
トバルブと、前記反射型ライトバルブの形成した光学像
を投影する投写光学系と、前記反射型ライトバルブと前
記投写光学系との間に位置する正パワーのレンズとを少
なくとも有し、前記反射型ライトバルブ、前記投写光学
系および前記正パワーのレンズは互いの光軸が一致する
ように配置され、前記投写光学系は、その光軸に対して
偏心した絞りを有し、前記照明光学系は、前記照明光が
前記正パワーのレンズを通過して前記反射型ライトバル
ブで反射され、且つ、反射される前記照明光のうち前記
光学像を構成するものが前記絞りを通過するように配置
され、前記照明光学系の出射瞳と前記投写光学系の入射
瞳とは、前記正パワーのレンズについて共役関係にある
ことを特徴とする。

【００３０】上記第２の態様においては、上記投写光学
系の絞りの偏心方向が、上記照明光学系の光軸から離れ
る方向であるのが好ましい構成である。また、上記第２
の態様においては、上記投写光学系が、光軸方向への移
動のみによって焦点調整を行う手段を有しているのが好
ましい構成である。

【００３１】更に、上記第２の態様においては、投写光
学系のＦナンバをＦ１、照明光学系から出射し、反射型
ライトバルブで反射されて投写光学系に入射する光の広
がり角をθ₁、反射型ライトバルブの表示領域の中心か
ら出射される主光線と投写光学系の光軸とのなす角度を
αとしたときに、下記式（１）を満たしているのが好ま
しい。 Ｆ１＝１／（２ｓｉｎ（θ₁＋α））・・・・・（１） また、上記目的を達成するために本発明にかかる投写型
表示装置の第３の態様は、光源と、前記光源の放射する
光を集めて照明光を形成する照明光学系と、前記照明光
を反射して光学像を形成する反射型ライトバルブと、前
記反射型ライトバルブの形成した光学像を投影する投写
光学系と、前記反射型ライトバルブと前記投写光学系と
の間に位置する正パワーのレンズとを少なくとも有し、
前記反射型ライトバルブ、前記投写光学系および前記正
パワーのレンズは互いの光軸が一致するように配置さ
れ、前記照明光学系は、前記照明光が前記正パワーのレ
ンズを通過して前記反射型ライトバルブで反射されるよ
うに配置され、前記照明光学系の出射瞳は、複数の部分
瞳要素を有し、照明光の光束分布が前記反射型ライトバ
ルブで反射されたときに均一となるように構成され、前
記照明光学系の出射瞳と前記投写光学系の入射瞳とは、
前記正パワーのレンズについて共役関係にあることを特
徴とする。

【００３２】更に、上記第１の態様から第３の態様で
は、前記照明光学系の出射瞳と前記投写光学系入射瞳と
が、前記正パワーのレンズについて略共役関係にあり、
前記照明光学系の出射瞳を通る光束の８０％以上が前記
正パワーのレンズにより前記投写光学系の入射瞳の有効
領域に入射するのが、好ましい構成である。また、上記
第１の態様から第２の態様では、前記正パワーのレンズ
が、一枚の平凸レンズで構成されており、凸面を前記反
射型ライトバルブの表示領域に向けて配置されているの
が好ましい構成である。

【００３３】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
実施の形態１にかかる投写型表示装置について、図１〜
２を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態
１にかかる投写型表示装置の構成を示す図である。図２
は、図１に示す投写型表示装置を構成する反射型ライト
バルブの近傍部分を拡大して示す図である。なお、本実
施の形態では反射型ライトバルブとして図８で示したと
同様のＤＭＤが用いられており、図１および図２はＤＭ
Ｄを構成する微少ミラーの回転支軸に垂直に切断してな
る断面で示されている。また、微小ミラーの可動範囲は
±１０度である。

【００３４】最初に図１を用いて本実施の形態にかかる
投写型表示装置の構成および動作を説明する。図１の例
に示すように、本実施の形態にかかる投写型表示装置
は、光源１０１と、光源１０１の放射する光を集めて照
明光を形成する照明光学系１０２と、照明光を反射して
光学像を形成する反射型ライトバルブ（空間光変調素
子）１０６と、反射型ライトバルブ１０６の形成した光
学像を投影する投写光学系１０７と、反射型ライトバル
ブ１０６と投写光学系１０７との間に位置する正パワー
のレンズ１０５とを少なくとも有している。

【００３５】また、図１の例に示すように、反射型ライ
トバルブ１０６、投写光学系１０７および正パワーのレ
ンズ１０５は互いの光軸（１１５、１１３、１１４）が
一致するように配置されている。なお、本明細書でいう
「光軸が一致」には完全に一致している場合だけでな
く、許容できる範囲の誤差を有している場合も含まれ
る。更に、照明光学系１０２は、照明光が正パワーのレ
ンズ１０５を通過して反射型ライトバルブ１０６で反射
されるように配置されている。照明光学系１０２の出射
瞳１０８と投写光学系１０７の入射瞳１０９とは、正パ
ワーのレンズ１０５について共役関係にある 図１の例では、光源１０１はランプ１０１ａと凹面鏡１
０１ｂとで構成されている。凹面鏡１０１ｂは放物面鏡
であり、傘状のガラス製基材の内面に、赤外光を透過さ
せるが、可視光を反射させる光学多層膜を蒸着して形成
されている。ランプ１０１ａは、その発光体の中心が凹
面鏡１０１ｂの第１焦点ｆ１に位置するように配置され
ている。ランプ１０１から放射された光は、凹面鏡１０
１ｂにより反射され、凹面鏡１０１ｂの第２焦点ｆ２に
発光体像を形成する。

【００３６】照明光学系１０２は、ロッドレンズ１０３
とリレーレンズ系１０４とで構成されている。凹面鏡１
０１ｂの第２焦点ｆ２はロッドレンズ１０３の入射面１
１８と略一致している。ロッドレンズ１０３に入射した
光は、ロッドレンズ１０３の内面で多重反射を繰り返
す。そのため、ロッドレンズ１０３の入射面１１８で光
量ムラを持っていた光束は、ロッドレンズ１０３の出射
面１１９においては均一化される。ロッドレンズ１０３
から出射された光は、リレーレンズ系１０４に入射し、
リレーレンズ系１０４から反射型ライトバルブ１０６へ
と出射される。

【００３７】リレーレンズ系１０４から出射された光
は、正パワーのレンズ１０５を通過し、反射型ライトバ
ルブ１０６で反射される。なお、ロッドレンズ１０３の
出射面１１９と反射型ライトバルブ１０６の表示領域と
は、リレーレンズ系１０４と正パワーのレンズ１０５と
を合成してなる光学系において共役関係にある。反射型
ライトバルブ１０６からの出射光は、正パワーのレンズ
１０５を通過して投写光学系１０７に入射し、反射型ラ
イトバルブ１０６上の光学像がスクリーン上に拡大投写
される。

【００３８】次に、図２を用いて本発明の投写型表示装
置の原理を説明する。図１で述べたように、照明光学系
１０２の出射瞳１０８からは、光源１０１により集光さ
れ、照明光学系１０２により均一化および整形された光
束が出射する。即ち、図２の例に示すように、照明光学
系１０２の出射瞳１０８からは、反射型ライトバルブ１
０６の上部を照明する光束１１０ａ、反射型ライトバル
ブ１０６の中央部を照明する光束１１０ｂ、反射型ライ
トバルブ１０６の下部を照明する光束１１０ｃが出射さ
れる。なお、本明細書でいう「上部」、「中央部」、
「下部」とは図中における位置関係を示している。ま
た、同図では、各光束（１１０ａ〜１１０ｃ）は出射瞳
１０８の上端から出射する上光線、出射瞳１０８の中心
から出射する主光線、出射瞳１０８の下端から出射する
下光線といった代表的な光線のみで示している。

【００３９】各光束（１１０ａ〜１１０ｃ）は正パワー
のレンズ１０５を通過して反射型ライトバルブ１０６へ
と入射する。このため、出射瞳１０８から出射する光線
の内、反射型ライトバルブ上部を照明する光束１１０ａ
は、正パワーのレンズ１０５により屈折し、正パワーの
レンズ１０５に入射する前と比べ、正パワーのレンズの
光軸１１４となす角が小さくなる方向に屈折する。一
方、反射型ライトバルブ１０５の下部を照明する光束１
１０ｃは、正パワーのレンズ１０５により、光軸１１４
とのなす角が大きくなる方向に屈折する。よって、正パ
ワーのレンズ１０５を通過した光束１１０ａ、１１０
ｂ、１１０ｃはそれぞれ主光線が互いに略並行で、反射
型ライトバルブ１０５の光軸１１４となす角度が約２０
度のテレセントリックな照明光となる。また、各光束の
広がり角はいずれも略等しくなる。

【００４０】反射型ライトバルブ１０６の各微少ミラー
はＯＮ状態では正パワーのレンズ１０５の光軸１１４に
垂直な面に対して反時計方向に１０度傾くように構成さ
れている。そのため、照明光がテレセントリックである
ので、微小ミラーがＯＮ状態の場合、反射型ライトバル
ブ１０５からの反射光１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃの
主光線は、反射型ライトバルブ１０６の表示領域のいず
れにおいても、反射型ライトバルブ１０６の光軸１１５
に略平行で、テレセントリックとなる。反射型ライトバ
ルブからの出射光１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃはいず
れも正パワーのレンズ素子１０５を通過し、投写光学系
１０７の入射瞳１０９に入射する。投写光学系１０７の
入射瞳１０９に入射した光は投写光学系によってスクリ
ーンに拡大投影される。

【００４１】このように本実施の形態にかかる投写型表
示装置においては、正パワーのレンズ１０５を用いてい
るため、テレセントリックな光学系を用いても、投写光
学系１０７の入射瞳１０９と照明光学系１０２の出射瞳
１０８とを小さくすることができる。更に、プリズムを
用いることなく入射光と出射光の光路を分離することが
でき、正面投写が実現できる。

【００４２】また、上述したように反射型ライトバルブ
１０６の光軸１１５、投写光学系１０７の光軸１１３お
よび正パワーのレンズ１０５の光軸１１４は一致してい
るので、各光束１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃの主光線
は、正パワーのレンズ１０５の焦点１１６を通る。更
に、上述したように照明光学系１０２の出射瞳１０８と
投写光学系１０７の入射瞳１０９とは、正パワーのレン
ズ１０５について共役関係にあるため、正パワーのレン
ズ１０５の焦点面１１７と投写光学系１０７の入射瞳１
０９とは一致する。このため、本実施の形態にかかる投
写型表示装置においては、投写光学系１０７で周辺光が
通過できずにけられるのを抑制でき、投写画像は最大の
明るさを得ることができる。また、正パワーのレンズ１
０５の最終面の頂点から投写光学系１０７の入射瞳１０
９までの距離ｄは、正パワーのレンズ１０５のバックフ
ォーカスと略一致する。

【００４３】また、本実施の形態においては、照明光学
系１０２の出射瞳１０８も、反射型ライトバルブ１０６
に入射する照明光がテレセントリックであり、かつ、照
明光が損失無く伝達できるよう、正パワーのレンズ１０
５の焦点面１１７の近傍に配置されているのが好まし
い。

【００４４】なお、本明細書でいう「共役関係」には、
図２に示すように投写光学系１０７の入射瞳１０９が、
正パワーのレンズ１０５の焦点面１１６と一致している
場合だけでなく、入射瞳１０９が、正パワーのレンズ１
０５と反射型ライトバルブ１０６により構成される結像
系で照明光学系１０２の出射瞳１０８の位置に結像され
ればよい。具体的には入射瞳１０９の有効領域の８０％
以上の部分が照明光学系１０２の有効領域内に投影され
るのが好ましい。

【００４５】本実施の形態においては、正パワーのレン
ズ１０５として焦点距離が４０ｍｍ〜８０ｍｍ程度のも
のを用いるのが好ましい。このような正パワーのレンズ
１０５を用いれば、適切なパワーが得られ，照明光学系
１０２の出射瞳１０８からの光束と反射型ライトバルブ
１０６を出射して投写光学系１０７の入射瞳１０９に入
射する光束との分離を確実なものとできるからである。
なお、正パワーのレンズ１０５の焦点距離は、反射型ラ
イトバルブ１０６への入射光とそれからの出射光とがな
す角度、反射型ライトバルブ１０６への入射光のＦナン
バ、それからの出射光のＦナンバにあわせて適宜選択で
きる。

【００４６】ところで、上述したように反射型ライトバ
ルブ１０６がＯＮ状態のとき、反射型ライトバルブ１０
６で反射された光（ＯＮ光）は投写光学系１０７に入射
するが、ＯＦＦ状態のとき、反射された光（ＯＦＦ光）
は光軸１１５に対して−４０度（時計方向）の方向に出
射する。このＯＦＦ光も同様に正パワーのレンズ素子１
０５に入射するが、ＯＮ光と出射方向が異なるため、正
パワーのレンズ１０５の焦点面１１７に近いが、投写光
学系１０７の入射瞳１０９とは異なる位置に集光する。
このため、投写光学系１０７の最終面に近接して絞りを
設けた構成とすることで、不要光の入射を極力抑えるこ
とができる。

【００４７】また、反射型ライトバルブ１０６の表面に
は、画素の保護膜や構造体の一部として機能する透明基
板が配置されている。反射型ライトバルブ１０６への入
射光１１０は、通常その大部分が透明基板を透過する
が、その一部は反射する。反射した光は不要光であり、
投写光学系によりスクリーンに到達すると、コントラス
トの低下など画質の劣化を生じる。

【００４８】従って、本実施の形態に示すように正パワ
ーのレンズ１０５として凸面を有するレンズを用いるの
であれば、正パワーのレンズ１０５は凸面を反射型ライ
トバルブ１０６に向けて配置するのが好ましい。このよ
うに正パワーのレンズ１０５を配置すれば、上記の透明
基板で反射された光等の不要光を光軸１１４から離れる
方向に反射できるので、不要光が投写光学系１０７に入
射したり、反射型ライトバルブ１０６へ反射されたりす
るのを抑制でき、コントラストのよい投写画像を得るこ
とができるからである。なお、後述するように、本実施
の形態においては、正パワーのレンズ１０５として両凸
レンズを用いることもでき、この場合は曲率半径の小さ
い面を反射型ライトバルブ１０６に向けると良い。

【００４９】（実施の形態２）次に本発明の実施の形態
２にかかる投写型表示装置について、図３〜４を参照し
ながら説明する。図３は本発明の実施の形態２にかかる
投写型表示装置の構成を示す図である。なお、図３
（ａ）は装置全体を示しており、図３（ｂ）は投写光学
系の入射瞳を示している。図４は、図３に示す投写型表
示装置を構成する反射型ライトバルブにおける表示領域
の中心部分を拡大して示す図であり、該中心部分におけ
る光束の振る舞いが示されている。なお、本実施の形態
でも、実施の形態１で用いられたＤＭＤが反射型ライト
バルブとして用いられている。図３（ａ）および図４
は、ＤＭＤを構成する微少ミラーの回転支軸に垂直に切
断してなる断面で示されている。

【００５０】最初に図３を用いて本実施の形態にかかる
投写型表示装置の構成および動作を説明する。図３
（ａ）の例に示すように、本実施の形態にかかる投写型
表示装置も実施の形態１と同様に、光源２０１と、光源
２０１の放射する光を集めて照明光を形成する照明光学
系２０２と、照明光を反射して光学像を形成する反射型
ライトバルブ（空間光変調素子）２０６と、反射型ライ
トバルブ２０６の形成した光学像を投影する投写光学系
２０７と、反射型ライトバルブ２０６と投写光学系２０
７との間に位置する正パワーのレンズ２０５とを少なく
とも有している。

【００５１】また、実施の形態１と同様に、反射型ライ
トバルブ２０６、投写光学系２０７および正パワーのレ
ンズ２０５は互いの光軸（２１５、２１３、２１４）が
一致するように配置されている。更に、照明光学系２０
２は、照明光が正パワーのレンズ２０５を通過して反射
型ライトバルブ２０６で反射されるように配置されてい
る。

【００５２】光源２０１は実施の形態１と同様に構成さ
れており、ランプ２０１ａからの光を凹面鏡２０１ｂで
集光し、照明光学系２０２に入射させる。照明光学系２
０２は実施の形態１と異なり、コンデンサレンズ２３２
と、第１のレンズアレイ２３３と、第２のレンズアレイ
２３４と、リレーレンズ２３５とを順に配置して構成さ
れている。

【００５３】図３の例では、光源２０１からの光が集光
する凹面鏡２０１ｂの第２焦点ｆ２には、カラーホイー
ル２３１が配置されている。カラーホイール２３１は、
円周上にＲＧＢ３色のフィルタを順に並べて構成されて
おり、その一部を光が通過する。カラーホイール２３１
にはモータなどの原動機（図示せず）が取り付けられて
おり、カラーホイール２３１は軸２３６を中心にして高
速で回転するよう構成されている。そのため、通過光は
順次Ｒ、Ｇ、Ｂに切り替わる。カラーホイール２３１を
通過した光は凹面鏡２０１ｂの第２焦点ｆ２に焦点を持
つコンデンサレンズ２３２により略平行光に変換され
る。

【００５４】変換された略平行光は第１のレンズアレイ
２３３に入射する。第１のレンズアレイ２３３は複数の
正パワーのレンズ素子で構成されており、この複数の正
パワーのレンズ素子はそれぞれ反射型ライトバルブ２０
６の表示領域の形状に略相似形の開口を有している。ま
た、第２のレンズアレイ２３４も第１のレンズアレイ２
３３と同様に複数の正パワーのレンズ素子で構成されて
いる。よって、第１のレンズアレイ２３３に入射した略
平行光は、第１のレンズアレイ２３３を構成する複数の
レンズ素子によって分割され、該レンズ素子に対応する
第２のレンズアレイ２３４を構成する各レンズ素子に発
光体像を形成する。

【００５５】第２のレンズアレイ２３４を構成する各レ
ンズ素子から出射した光線は、リレーレンズ２３５、反
射型ライトバルブ２０６近傍の正パワーのレンズ２０５
を順に通過し、反射型ライトバルブ２０６を照明する。
このとき、各レンズ素子から出射した光線は反射型ライ
トバルブ２０６の表示領域で重ね合わされる。なお、照
明光学系２０２の出射瞳２０８は第２のレンズアレイ２
３４の略近傍であって、リレーレンズ２３５中にある。

【００５６】反射型ライトバルブ２０６から出射した光
線は、正パワーのレンズ２０５により収束され、投写光
学系２０７の入射瞳２０９に入射する。よって、反射型
ライトバルブ２０６上に形成された光学像は投写光学系
２０７によりスクリーンに拡大投写される。

【００５７】このように本実施の形態においても、実施
の形態１と同様に、反射型ライトバルブ２０６の近傍に
配置した正パワーのレンズ２０５により、反射型ライト
バルブ２０６への入射光とそれからの出射光がコンパク
トな構成で分離され、全反射プリズムを用いることなく
正面投写が実現される。なお、正パワーのレンズ２０５
は、実施の形態１で示した正パワーのレンズ１０５と同
様のものであり、凸面を反射型ライトバルブ２０６に向
けて配置されている。

【００５８】本実施の形態においても、照明光学系２０
２の出射瞳２０８と投写光学系２０７の入射瞳２０９と
は実施の形態１と同様に配置されており、正パワーのレ
ンズ２０５について共役関係にある。このため、本実施
の形態においても、投写光学系１０７で周辺光が通過で
きずにけられるのを抑制でき、投写画像は最大の明るさ
を得ることができる。

【００５９】但し、本実施の形態にかかる投写型表示装
置においては、図３（ｂ）に示すように投写光学系２０
７の入射瞳２０９に、投写光学系２０７の光軸２１３に
対して偏心した絞り２１６が設けられている。２２１は
有効領域である。このため、照明光学系２０２は、反射
型ライトバルブ２０６で反射される照明光のうち光学像
を構成するものが絞り２１６を通過するように配置され
ている。この点について図４を用いて説明する。

【００６０】図４は、前述したように図１に示す反射型
ライトバルブ２０６の中心部分を拡大して示しており、
反射型ライトバルブ２０６を構成する微小ミラーのうち
表示領域の中心にあるもののみが図示されている。２０
６ａはＯＮ状態の微小ミラー、２０６ｂはＯＦＦ状態の
微笑ミラーを示している。また、投写光学系２０７につ
いては入射瞳２０９のみが示されている。

【００６１】図４に示すように、照明光学系の光軸２１
８と反射型ライトバルブの光軸２１５（投写光学系２０
７の光軸２１３）とがなす角をβ、ＯＮ状態の微少ミラ
ーの法線２１９と反射型ライトバルブの光軸２１５とが
なす角をγとする。このとき、反射型ライトバルブがＯ
Ｎ状態のときに出射される光束の主光線２２２と反射型
ライトバルブの光軸２１５とのなす角αは下記式（２）
であらわされる。 α＝β−２γ・・・・・（２） 一方、反射型ライトバルブがＯＦＦ状態のときに出射さ
れる光束の主光線２２３と反射型ライトバルブの光軸２
１５（投写光学系２０７の光軸２１３）とがなす角をδ
とすると、δは下記式（３）であらわされる。このＯＦ
Ｆ状態のときに出射される光束は不要光となる。 δ＝４γ＋α・・・・・（３） ところで、投写画像の画質を向上するためには、不要光
が投写光学系２０７の入射瞳２０９に入射してレンズの
内部に迷光を発生させたり、不要光がスクリーンに到達
したりしないようにすることが必要である。従って、上
記式（３）より、角度αを０以上とすれば、δが大きく
なり、主光線２２３は投写光学系の入射瞳２０９に遠く
なり、上記の不要光が入射瞳２０９に入射するのを抑制
できる。

【００６２】また、反射型ライトバルブの表面に設けら
れた透明基板で反射される光も不要光となるが、この不
要光の主光線２２４と反射型ライトバルブの光軸２１５
（投写光学系２０７の光軸２１３）とがなす角もβとな
る。よって、角度αを０度以上とすることで、この不要
光の主光線２２４と反射型ライトバルブの光軸２１５
（投写光学系２０７の光軸２１３）とがなす角βも大き
くなり、該不要光が投写光学系の入射瞳２０９に入射す
るのも抑制できる。

【００６３】更に、反射型ライトバルブの表示領域（図
示せず）は、画素構造などの周期構造を有している。そ
のため投写画像の高精細化が進むにつれ、反射型ライト
バルブ上の画素（微小ミラー）の大きさは小さくなり、
周期構造のピッチも細かくなる。一般に、周期構造をも
つ物体に光が入射すると通常の直進する光線の他に、回
折光が発生する。回折光は離散的に発生し、その輝点は
下記式（４）を満たす。なお、θは光軸と輝点のなす
角、Ｎは整数、λは波長、ｄは周期構造のピッチを示
す。 ｎλ＝ｄｓｉｎθ・・・・・（４） 従って、図４において、反射型ライトバルブからは回折
光が光軸２２４に対して、上記式（４）を満たす条件で
離散的に発生しているといえる。回折光でもっとも強度
の強いものは、１次の項で表されるもので、光軸２２４
と１次回折光２２５とのなす角φは下記式（５）であら
わされる。 ｓｉｎφ＝λ／（ｎｄ）・・・・・（５） 一方、図４から分かるように、βは下記式（６）の関係
も満たす。なお、θ₁は上述したように反射型ライトバ
ルブで反射されて投写光学系に入射する光の広がり角で
ある。 β＝２θ₁＋２α・・・・・（６） 上記式（６）より、反射型ライトバルブ２０６の周期構
造による１次回折光と、反射型ライトバルブのＯＮ光が
重ならないようするには、即ち不要光が投写光学系の入
射瞳２０９に入射しないようにするには下記式（７）の
条件を満たすことが必要である。 α＞φ・・・・・（７） ところで、反射型ライトバルブがＯＮ状態のときに出射
される光束の主光線２２２と反射型ライトバルブの光軸
２１５とが一致するとき、即ちαが０度の場合の有効領
域は点線で示す２２０である。しかし、主光線２２２が
傾くと（α＞０）と有効領域は図中上方向にシフトし、
この場合の有効領域は図３でも示した２２１となる。よ
って、本実施の態様においては、投写光学系の入射瞳２
０９のうち、有効領域２２１以外の領域は、不要光が通
過しないよう絞り２１６を設けて遮光されている。これ
によりスクリーンにはＯＮ状態の反射型ライトバルブか
ら出射する反射光をすべて到達させるとともに、回折光
や透明基板で反射される光などの不要光を除去すること
ができる また、この場合、入射瞳２０９は図４で示すように有効
領域２２１を包含できるものであるのが良く、投写光学
系のＦナンバＦ１は、上記した式（１）を満たすもので
あるのが好ましい。

【００６４】例えば、反射型ライトバルブの画素ピッチ
が１４μｍ程度である場合、１次回折光は光軸２２４に
対して約２．４度（φ＝２．４度）傾いた範囲で発生す
る。従って、投写光学系の有効入射瞳（有効領域２２
１）は光軸２１３に対して２．４度（α＝２．４）より
大きい角度（式（７）より）で偏心させるのが好まし
い。この場合、微少ミラー（２０６ａ、２０６ｂ）の傾
き角が±１０度であるとすると、投写光学系のＦナンバ
は、偏芯の無い場合の約３に対し、上記した式（１）よ
り約２．４となる。

【００６５】このように本実施の形態にかかる投写型表
示装置においては、投写光学系の入射瞳２０９に偏心し
た絞り２１６を設け、反射型ライトバルブからの画像を
構成する光束がこの絞りを通過するように構成されてい
る。即ち、本実施の形態においては、反射型ライトバル
ブがＯＮ状態のときに出射される光束の主光線２２２と
反射型ライトバルブの光軸２１５とのなす角αは０度よ
り大きく設定され、更に有効領域２２１以外の部分が遮
光されている。よって不要光が投写光系の入射瞳２０９
に入射するのを抑制でき、投写画像の画質の向上を図る
ことができる。なお、本実施の形態では絞りは円形を呈
しているが、本実施の形態においてはこれに限定される
ものではなく、例えば楕円形を呈するものであっても良
い。

【００６６】また、このように投写光学系に偏心した絞
り２１６が設けられているため、絞りが設けられている
レンズまたはレンズ群を回転させ、この回転によって前
後に焦点調整を行うのは好ましくない。従って、本実施
の形態においては、投写光学系の焦点調整手段として
は、レンズ群を回転させることなく光軸方向への移動の
みによって焦点調整を行うものが好ましく、特には投写
光学系を構成するレンズ群のうち前群のみを移動させて
焦点調整を行うものが好ましい。具体的には、前進ヘリ
コイドを用いた焦点調整手段が挙げられる。なお、偏芯
した絞りが設けられていないレンズ群のみを回転させて
焦点調整を行うのであれば、このような焦点調整手段を
用いるのも好ましい態様である。

【００６７】（実施の形態３）次に本発明の実施の形態
３にかかる投写型表示装置について、図５を参照しなが
ら説明する。図５は本発明の実施の形態３にかかる投写
型表示装置の構成を示す図である。なお、本実施の形態
でも実施の形態１と同様に、反射型ライトバルブとして
ＤＭＤが用いられており、図５はＤＭＤを構成する微少
ミラーの回転軸に垂直に切断してなる断面で示されてい
る。

【００６８】図５を用いて本実施の形態にかかる投写型
表示装置の構成及び動作を説明する。図５の例に示すよ
うに、本実施の形態にかかる投写型表示装置も実施の形
態１と同様に、光源３０１と、光源３０１の放射する光
を集めて照明光を形成する照明光学系３０２と、照明光
を反射して光学像を形成する反射型ライトバルブ（空間
光変調素子）３１６と、反射型ライトバルブ３１６の形
成した光学像を投影する投写光学系３１９と、反射型ラ
イトバルブ３１６と投写光学系３１９との間に位置する
正パワーのレンズ３１７とを少なくとも有している。

【００６９】光源３０１は第１の実施例と同様に構成さ
れており、ランプ３０１ａからの光を凹面鏡３０１ｂで
集光し、照明光学系３０２に入射させる。照明光学系３
０２は、コンデンサレンズ３０３と、光束を分割するレ
ンズアレイ３０４と、ライトガイド３０５と、リレーレ
ンズ３０６とを順に配置して構成されている。

【００７０】また、実施の形態１と同様に、反射型ライ
トバルブ３１６、投写光学系３１９および正パワーのレ
ンズ３１７は互いの光軸（３２０、３２２、３２１）が
一致するように配置されている。照明光学系３０２は、
照明光が正パワーのレンズ３１７を通過して反射型ライ
トバルブ３１６で反射されるように配置されている。

【００７１】光源３０１は、実施の形態１および２と同
様に、ランプ３０１ａと凹面鏡３０１ｂとで構成されて
いる。凹面鏡３０１ｂの第２焦点ｆ２には、実施の形態
２と同様のカラーホイール３０７が配置されており、通
過光は順次Ｒ、Ｇ、Ｂに切り替わる。照明光学系３０２
は実施の形態１および２と異なり、コンデンサレンズ３
０３と、光束を分割するレンズアレイ３０４と、複数の
光ファイバー３１１を束ねて構成されたライトガイド３
０５と、リレーレンズ３０６とを順に配置して構成され
ている。

【００７２】カラーホイール３０７を通過した光は、凹
面鏡３０１ｂの第２焦点ｆ２に焦点を持つコンデンサレ
ンズ３０３により略平行光に変換される。変換された略
平行光はレンズアレイ３０４を通過してライトガイド３
０５の各光ファイバー３１１に入射する。ライトガイド
３０５の各光ファイバー３１１に入射した光線は、ファ
イバ−内部で反射を繰り返した後、出射する。

【００７３】照明光学系３０２の出射瞳３１５から出射
した光線は、反射型ライトバルブ３１６の表示領域の近
傍に配置された正パワーのレンズ３１７により、テレセ
ントリックに反射型ライトバルブ３１６に入射する。反
射型ライトバルブ３１６から出射した光線は正パワーの
レンズ３１７により収束され、投写光学系３１９の入射
瞳３１８に入射する。反射型ライトバルブ３１６上に形
成された光学像は投写光学系３１９によりスクリーンに
拡大投写される。

【００７４】このように本実施の形態においても、実施
の形態１と同様に、反射型ライトバルブ３１６の近傍に
配置した正パワーのレンズ３１７により、反射型ライト
バルブ３１６への入射光とそれからの出射光がコンパク
トな構成で分離され、全反射プリズムを用いることなく
正面投写を実現する。

【００７５】ところで、上述の実施の形態１および２に
示す投写型表示装置では、照明光学系（１０２、２０
２）の各要素は照明光学系の光軸に垂直である。しか
し、照明光学系（１０２、２０２）は、その光軸が、正
パワーのレンズ（１０５、２０５）の光軸及び反射型ラ
イトバルブ（１０６、２０６）の光軸に対し傾斜するよ
うに、配置されている。このため、「シャインプルーフ
の関係則」から反射型ライトバルブ（１０６、２０６）
上に到達する照明光の形状が菱形や台形等の矩形を傾け
た形状となる可能性がある。この場合、反射型ライトバ
ルブ（１０６、２０６）から出射する光は図中上から下
に向けて光束密度が高くなり、光束分布が不均一とな
る。

【００７６】さらに、反射型ライトバルブ（１０６、２
０６）から出射された光が正パワーのレンズ素子（１０
５、２０５）を通過すると光束の屈折が発生するが、屈
折方向および屈折力は反射型ライトバルブ（１０６、２
０６）の表示領域のどの部分で反射されたかによって異
なる。このため、投写光学系の入射瞳（１０９、２０
９）においても図中上から下に向けて光束密度が高くな
り、光束分布が不均一となる可能性がある。

【００７７】このような光束分布の不均一が生じると、
照明光学系の出射瞳（１０８、２０８）における一部の
領域と投写光学系の入射瞳（１０９、２０９）における
一部の領域とは、正パワーのレンズについて、共役関係
が保てなくなり、投写画像の明るさが不均一となる可能
性がある。

【００７８】このため、本実施の形態においては、ライ
トガイド３０５を用いて照明光学系３０２が構成されて
いる。上述したようにライトガイド３０５は複数の光フ
ァイバー３１１を束ねて構成され、照明光学系３０２の
出射瞳３１５は２次元状に配置された複数の光ファイバ
ー３１１の出射光で構成される。よって、照明光学系３
０２の出射瞳３１５は複数の部分瞳要素を有することと
なり、出射瞳３１５の形状は複数の部分瞳要素の結合し
た面形状となる。なお、本実施の形態において該面は自
由曲面であっても良い。

【００７９】更に、図５に示すように複数の光ファイバ
ー３１１は入射面３１８において均等に配列され、出射
面３１４において不均等に配列されている。図５の例で
は、出射面３１４において光ファイバー３１１の密度は
図中上から下に向けて低くなっている。このため照明光
学系３０２から出射する照明光の光束分布は、出射され
た時点では不均一であるが、反射型ライトバルブで反射
されたときに均一となる。即ち、「シャインプルーフの
関係則」から反射型ライトバルブ３１６上に到達する照
明光の形状が矩形を傾けた形状となるのが抑制される。

【００８０】よって、投写光学系３１９の入射瞳３１８
の全域又は略全域と照明光学系３０２の射出瞳３１５の
全域又は略全域とは良好な共役関係を満たすようにな
り、照明光学系３０２の出射瞳３１５から出射する照明
光は、投射光学系３１９の入射瞳３１８を最大限通過す
る。

【００８１】本実施の形態では、上述したように投写光
学系３１９の入射瞳３１８と照明光学系３０２の出射瞳
３１５とは正パワーのレンズ３１７について共役関係に
あるよう配置されている。従って、「シャインプルーフ
の関係則」より、照明光学系３０２の出射瞳３１５の光
束分布を適切に制御することで、投写光学系３１９の入
射瞳３１８上の光束分布を均一にすることができ、均一
な明るさの投写画像を得ることができる。

【００８２】なお、本実施の形態では、照明光学系３０
２は、ライトガイド３０５を用いた態様に限定されるも
のではない。照明光学系３０２は、ライトガイド３０５
の代わりに、複数の正パワーのレンズ素子で構成された
レンズアレイが複数枚配置された態様であっても良い。
この態様では、レンズアレイを構成する正パワーのレン
ズ素子として焦点距離がそれぞれ異なるものを用いるこ
とで、照明光学系から出射する照明光の光束分布を適切
に制御できる。よって、この態様においても反射型ライ
トバルブで反射された照明光の光束分布を均一なものと
することができる。

【００８３】また、本実施の形態においても、投写光学
系３１９に実施の形態２で示したと同様の絞り（図４中
に示す絞り２１６）を設けることができる。この場合、
照明光学系３０２は、反射型ライトバルブ３１６で反射
される照明光のうち光学像を構成するものが該絞りを通
過するように配置する必要がある。またこの場合、投写
光学系のFナンバは実施の形態２と同様に上記した式
（１）を満たしているのが好ましい。

【００８４】実施の形態１〜３で示したように、正パワ
ーのレンズは一枚のレンズ素子で構成されている。しか
し、本発明においては正パワーのレンズはこれに限定さ
れず、複数のレンズ素子で構成されたレンズ群であって
も良い。また、本発明においては、正パワーのレンズの
形状も図１および２に示す平凸レンズに限定されるもの
ではない。正パワーのレンズの形状は、正パワーを有す
るものであれば良く、両凸レンズであっても、メニカス
レンズであっても良い。

【００８５】また、実施の形態１〜３で示した投写型表
示装置では反射型ライトバルブは１枚であるが、本発明
においては反射型ライトバルブを複数枚用いることもで
きる。なお、この場合は、各反射型ライトバルブに単色
光を入射させるための色分離光学系と、各反射型ライト
バルブから出射する光を合成する色合成光学系とを設け
る必要がある。

【００８６】実施の形態１〜３において、反射型ライト
バルブの各画素を構成する微小ミラーの可動範囲は±１
０度であるが、本発明ではこの例に限定されない。本発
明においては、微小ミラーの可動範囲は、使用される反
射型ライトバルブの特性に応じ、最適な光出力と高いコ
ントラストが得られるように設定すれば良い。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
反射型ライトバルブ表示領域の近傍に正パワーのレンズ
素子を配置することで、テレセントリックな光学系にお
いても、投写光学系の入射瞳、照明光学系の出射瞳の有
効系を小さくすることができ、入射光と出射光の光路を
コンパクトな構成で分離できる。このため、従来使用さ
れていた全反射プリズムスプリッタ等の照明光と投影光
とを分離する手段が不用となる。よって、コストダウン
を図りつつ、テレセントリックな光学系での正面投写が
可能となり、投写面内における画質の均質化を実現でき
る。

【００８８】即ち、本発明によれば、反射型表示パネル
を用いた、コンパクトで低コストかつ高画質の表示光学
系を実現する事ができると言える。更に、本発明にかか
る投写型表示装置は正面投写による均質な画像を確保す
るとともに、広い投写画角と高性能の両立に向けた自由
度を得る事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１にかかる投写型表示装置
の構成を示す図である。

【図２】図１に示す投写型表示装置を構成する反射型ラ
イトバルブの近傍部分を拡大して示す図である。

【図３】本発明の実施の形態２にかかる投写型表示装置
の構成を示す図である。

【図４】図３に示す投写型表示装置を構成する反射型ラ
イトバルブにおける表示領域の中心部分を拡大して示す
図である。

【図５】本発明の実施の形態３にかかる投写型表示装置
の構成を示す図である。

【図６】従来の反射型ライトバルブを用いた投写型表示
装置の光学系の一例を示す図である。

【図７】従来の反射型ライトバルブを用いた投写型表示
装置の光学系の他の例を示す図である。

【図８】従来からのＤＭＤの各画素を構成する微小ミラ
ーの動作状態を示す図である。

【図９】従来のＤＭＤ素子を用いた投写型表示装置を示
す図である。

【図１０】従来の投写光学系を非テレセントリック系と
した投写型表示装置を示す図である。

【符号の説明】

１０１ 光源 １０２ 照明光学系 １０５ 正パワーのレンズ １０６ 反射型ライトバルブ １０７ 投写光学系 １０８ 照明光学系の出射瞳 １０９ 投写光学系の入射瞳 １１３ 投写光学系の光軸 １１４ 正パワーのレンズの光軸 １１５ 反射型ライトバルブの光軸

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、前記光源の放射する光を集めて
   照明光を形成する照明光学系と、前記照明光を反射して
   光学像を形成する反射型ライトバルブと、前記反射型ラ
   イトバルブの形成した光学像を投影する投写光学系と、
   前記反射型ライトバルブと前記投写光学系との間に位置
   する正パワーのレンズとを少なくとも有し、 前記反射型ライトバルブ、前記投写光学系および前記正
   パワーのレンズは互いの光軸が一致するように配置さ
   れ、 前記照明光学系は、前記照明光が前記正パワーのレンズ
   を通過して前記反射型ライトバルブで反射されるように
   配置され、 前記照明光学系の出射瞳と前記投写光学系の入射瞳と
   は、前記正パワーのレンズについて共役関係にあること
   を特徴とする投写型表示装置。
2. 【請求項２】 光源と、前記光源の放射する光を集めて
   照明光を形成する照明光学系と、前記照明光を反射して
   光学像を形成する反射型ライトバルブと、前記反射型ラ
   イトバルブの形成した光学像を投影する投写光学系と、
   前記反射型ライトバルブと前記投写光学系との間に位置
   する正パワーのレンズとを少なくとも有し、 前記反射型ライトバルブ、前記投写光学系および前記正
   パワーのレンズは互いの光軸が一致するように配置さ
   れ、 前記投写光学系は、その光軸に対して偏心した絞りを有
   し、 前記照明光学系は、前記照明光が前記正パワーのレンズ
   を通過して前記反射型ライトバルブで反射され、且つ、
   反射される前記照明光のうち前記光学像を構成するもの
   が前記絞りを通過するように配置され、 前記照明光学系の出射瞳と前記投写光学系の入射瞳と
   は、前記正パワーのレンズについて共役関係にあること
   を特徴とする投写型表示装置。
3. 【請求項３】 上記投写光学系の絞りの偏心方向が、上
   記照明光学系の光軸から離れる方向である請求項２に記
   載の投写型表示装置。
4. 【請求項４】 上記投写光学系が、光軸方向への移動の
   みによって焦点調整を行う手段を有している請求項２に
   記載の投写型表示装置。
5. 【請求項５】 投写光学系のＦナンバをＦ１、照明光学
   系から出射し、反射型ライトバルブで反射されて投写光
   学系に入射する光の広がり角をθ₁、反射型ライトバル
   ブの表示領域の中心から出射される主光線と投写光学系
   の光軸とのなす角をαとしたときに下記式（１）を満た
   している請求項２に記載の投写型表示装置。 Ｆ１＝１／（２ｓｉｎ（θ₁＋α））・・・・・（１）
6. 【請求項６】 光源と、前記光源の放射する光を集めて
   照明光を形成する照明光学系と、前記照明光を反射して
   光学像を形成する反射型ライトバルブと、前記反射型ラ
   イトバルブの形成した光学像を投影する投写光学系と、
   前記反射型ライトバルブと前記投写光学系との間に位置
   する正パワーのレンズとを少なくとも有し、 前記反射型ライトバルブ、前記投写光学系および前記正
   パワーのレンズは互いの光軸が一致するように配置さ
   れ、 前記照明光学系は、前記照明光が前記正パワーのレンズ
   を通過して前記反射型ライトバルブで反射されるように
   配置され、 前記照明光学系の出射瞳は、複数の部分瞳要素を有し、
   前記照明光の光束分布が前記反射型ライトバルブで反射
   されたときに均一となるように構成され、 前記照明光学系の出射瞳と前記投写光学系の入射瞳と
   は、前記正パワーのレンズについて共役関係にあること
   を特徴とする投写型表示装置。
7. 【請求項７】 前記照明光学系の出射瞳と前記投写光学
   系入射瞳とが、前記正パワーのレンズについて略共役関
   係にあり、前記照明光学系の出射瞳を通る光束の８０％
   以上が前記正パワーのレンズにより前記投写光学系の入
   射瞳の有効領域に入射する請求項１から６のいずれかに
   記載の投写型表示装置
8. 【請求項８】 前記正パワーのレンズが、一枚の平凸レ
   ンズで構成されており、凸面を前記反射型ライトバルブ
   の表示領域に向けて配置されている請求項１から６のい
   ずれかに記載の投写型表示装置。