JP3575244B2

JP3575244B2 - 照明装置および投写型表示装置

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Publication number: JP3575244B2
Application number: JP27784897A
Authority: JP
Inventors: 俊明橋爪
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2017-10-09
Also published as: JPH11119150A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、均一照明光学系を備えた照明装置およびその照明装置を備えた投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ライトバルブを用いて画像情報に対応した変調光束を形成して当該変調光束をスクリーン（投写面）上に拡大投写する構成の投写型表示装置が知られている。このような投写型表示装置には、光源からの光で変調手段である液晶ライトバルブの画像形成領域（被照明領域）を均一に照明するために、複数のレンズがマトリクス状に配列されたレンズ板を２枚備えた均一照明光学系が設けられたものがある。例えば、特開３−１１１８０６号公報や特開平５−３４６５５７号公報に開示されている。また、本出願人が先に出願したＷＯ９４／２２０４２号公報にも開示されている。
【０００３】
これらの公報に開示されている投写型表示装置においては、光源から出射された光束は、一枚目のレンズ板を構成するレンズにより複数の部分光束に分離され、２枚目のレンズ板を構成するレンズを介して液晶ライトバルブの画像形成領域に重畳される。
【０００４】
図９には均一照明光学系を備えた投写型表示装置における従来構成の光学系を示してある。この図に示すように、投写型表示装置１０００は、２枚のレンズ板１６、１７を備えた均一照明光学系１５が組み込まれた照明装置１０Ａと、照明装置１０Ａからの出射光束Ｗを３色の色光束Ｒ、Ｇ、Ｂに分離する色分離光学系２０と、色分離光学系によって分離された各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂを画像情報に対応して変調する３枚の液晶ライトバルブ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂと、これらの液晶ライトバルブ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを介して変調された後の各色光束を合成するダイクロイックプリズム４０と、ダイクロイックプリズム４０によって合成された光束を投写面１００に拡大投写する投写光学系５０を備えている。また、青色光束Ｂを対応する液晶ライトバルブ３０Ｂに導くための導光系６０を備えている。
【０００５】
照明装置１０Ａは、その光出射方向と投写光学系５０による投写光の方向とが一致するように装置内に組付けられ、照明装置内では、ランプユニット１１と均一照明光学系１５を構成する２枚のレンズ板１６、１７が直線状に配列されている。
【０００６】
投写型表示装置１０００では、照明装置１０Ａ、色分離光学系２０等の各光学要素によって構成される光学系全体が略Ｌ字形状になっているので、図７中に斜線で表す部分２００がデッドスペースとなってしまう。また、このために装置全体の重量バランスも悪い。
【０００７】
ここで、図１０に示すように、反射ミラー（反射手段）１９を挟み、２枚のレンズ板１６、１７が直交するように照明装置１０Ａの光学系が構成された投写型表示装置１０００Ａにおいては、ランプユニット１１の光出射方向と照明装置自体の光出射方向が直交している。また、この照明装置１０Ａは、ランプユニット１１の光出射方向が投写光学系５０による投写光の方向に対して直交するように配置されている。この構成の光学系では、反射ミラー１９によって照明装置内の光路が折り曲げられ、照明装置１０Ａの背面側のデッドスペースが少なくなっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示す光学系を採用した場合においても、ランプユニット１１の背面側の部分（図１０中に斜線で表す部分）２０１には依然として広いデッドスペースができやすい。
【０００９】
本発明の課題は、上記の点に鑑みて、投写型表示装置において、各光学要素によって構成される光学系を狭いスペース内にコンパクトに纏めることができる照明装置を提供することにある。また、この照明装置が組み込まれた投写型表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の照明装置は、ランプユニットと、マトリクス状に配列された複数のレンズを備え、当該ランプユニットからの出射光束を複数の部分光束に分割する第１のレンズ板と、マトリクス状に配列された複数のレンズを備え、前記部分光束が集束する位置付近に配置された第２のレンズ板と、前記第２のレンズ板から出射された光を被照明領域に重畳する重畳手段と、前記第２のレンズ板と前記重畳手段との間に配置され、前記第２のレンズ板からの出射光を前記重畳手段に向けて反射する反射手段とを有する構成を採用している。
【００１１】
本発明の照明装置では、２枚のレンズ板が共に反射手段の光路上流側（ランプユニット側）に配置され、第２のレンズ板から出射された部分光束は反射手段の光路下流側に配置された重畳手段によって被照明領域に重畳される。従って、照明装置から出射される照明光の重畳手段から被照明領域までの距離が短くなる。すなわち、照明装置の重畳手段から被照明領域までの重畳距離が、第１および第２のレンズ板からなる均一照明光学系のみを用いた場合における第２のレンズ板から被照明領域までの重畳距離に比べて短くなる。
【００１２】
このため、本発明の照明装置を投写型表示装置に用いれば、照明装置から、その被照明領域であるライトバルブに到る光路の長さを短縮でき、照明装置以降の光学系（色分離光学系、導光系等）を狭いスペース内にコンパクトに配列できる。
【００１３】
また、本発明の照明装置では、２枚のレンズ板が共に反射手段の光路上流側に配置されている。このため、ランプユニットから反射手段までの光路を一直線とした場合には、照明装置の当該光路方向の長さ寸法が大きくなってしまうが、例えば、図１０に示したような投写型表示装置の照明装置として使用すれば、照明装置の背面側のデッドスペースを有効利用できるので、投写型表示装置自体が大型化することはない。
【００１４】
さらに、本発明の照明装置では、反射手段による光の反射方向を変更するのみで、出射される照明光の方向を簡単に変更できる。このように簡単に照明光の出射方向を変更できるので、当該照明装置が組み込まれる投写型表示装置の各部品の配列に関する設計自由度が高まる。
【００１５】
ここで、反射手段により光路をどの程度変更するかは、投写型表示装置の光学系やその他の機械部品等の配列関係に応じて設定すれば良い。例えば、図８に示した投写型表示装置に本発明を適用した照明装置を組み込む場合には、反射手段による光路変更を９０度にすれば、照明装置を含めた光学系を最もコンパクトに纏めることができる。
【００１６】
本発明の照明装置は、装置内で複数の色光に分離するタイプにも適用できる。すなわち、ランプユニットと、マトリクス状に配列された複数のレンズを備え、当該ランプユニットからの出射光束を複数の部分光束に分割する第１のレンズ板と、マトリクス状に配列された複数のレンズを備え、前記部分光束が集光する位置付近に配置された第２のレンズ板と、前記第２のレンズ板から出射された光を集光する集光手段と、前記第２のレンズ板と前記集光手段との間に配置され、前記第２のレンズからの出射光を前記集光手段に向けて反射する反射手段とを有し、前記反射手段は、前記第２のレンズ板から出射された光束を複数の色光に分離する複数のダイクロイック面と、前記複数の色光のうちいずれかを反射する反射面とを有する構成である。
【００１７】
このような本発明の照明装置では、２枚のレンズ板が共に反射手段の光路上流側（ランプユニット側）に配置され、第２のレンズ板から出射された部分光束は反射手段の光路下流側に配置された集光手段によって被照明領域に集光される。従って、照明装置から出射される照明光の集光手段から被照明領域までの距離が短くなる。すなわち、照明装置の集光手段から被照明領域までの距離が、第１および第２のレンズ板からなる均一照明光学系のみを用いた場合における第２のレンズ板から被照明領域までの距離に比べて短くなる。
【００１８】
このため、この照明装置を投写型表示装置に用いれば、照明装置から、その被照明領域であるライトバルブに到る光路の長さを短縮でき、照明装置以降の光学系を狭いスペース内にコンパクトに配列できる。また、本発明の照明装置を用いれば、照明装置以降の光学系に色分離光学系を設置する必要がないので、その光学系を狭いスペース内にコンパクトに配列できる効果は大きい。
【００１９】
また、本発明の照明装置でも、反射手段による光の反射方向を変更するのみで、出射される照明光の方向を簡単に変更できる。このように簡単に照明光の出射方向を変更できるので、当該照明装置が組み込まれる投写型表示装置の各部品の配列に関する設計自由度が高まる。
【００２０】
これに加えて、本発明の照明装置では、装置内に設けられたダイクロイック面および反射面を備えた反射手段によって分離された各色光が対応するライトバルブの各画素に導かれる。このため、ライトバルブのカラーフィルタで光が遮られることがないので、光の利用効率が高く、明るい投写画像を得ることができる。本発明の照明装置は、カラー画像を投写可能な投写型表示装置に適用できる。この場合、投写型表示装置は、当該照明装置からの出射光束を各色の光束に分離する色分離手段と、当該色分離手段によって分離された各色の光束を画像情報に対応して変調する複数のライトバルブと、当該ライトバルブのそれぞれによって変調された各色の光束を合成する色合成手段と、当該色合成手段によって合成された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有する構成とすれば良い。
【００２１】
例えば、３枚のライトバルブを用いたいわゆる３板方式の投写型表示装置においては、前記色分離手段は、前記照明装置からの光束のうち、第１の色光成分を透過し、第２および第３の色光成分を反射する第１のダイクロイックミラーと、前記第２の色光成分を透過し、前記第３の色光成分を反射する第２のダイクロイックミラーと、前記第１の色光成分の光軸を折り曲げる反射手段とを備え、前記第１、第２、および第３の色光成分を第１、第２、および第３の前記ライトバルブによって変調する構成とすることができる。
【００２２】
また、上記のような３板方式の投写型表示装置に限らず、照明装置から出射された光束の光路を変更する反射手段と、当該反射手段によって光路が変更された光束を画像情報に対応して変調するライトバルブと、当該ライトバルブによって変調された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有するいわゆる単板方式の投写型表示装置に、本発明の照明装置を組み込むことも勿論可能である。特に、前記反射手段によって光路が９０度変更された単板方式の投写型表示装置に、本発明の照明装置を組み込むと、装置自体のサイズを小さくできる。
【００２３】
さらに、本発明の照明装置は、照明装置から出射された光束をＰ偏光光束およびＳ偏光光束に分離する偏光分離手段と、それぞれの偏光光束を変調する２つのライトバルブと、当該ライトバルブのそれぞれによって変調された各偏光光束を合成する偏光合成手段と、当該偏光合成手段によって合成された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有する投写型表示装置に組み込むことも可能である。このような投写型表示装置によれば、本発明の照明装置を組み込むことによる効果に加えて、偏光分離手段および偏光合成手段を用いることにより、どちらの偏光光束も無駄なく用いることが可能となるため、明るい投写画像を得ることができる。
【００２４】
ここで、装置内で複数の色光に分離する照明装置は、照明装置から出射された複数の色光を画像上方に対応して変調するライトバルブと、当該ライトバルブによって変調された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを備え、前記ライトバルブは、複数の画素と、前記照明装置から出射された前記複数の色光のそれぞれを前記画素に導く導光手段とを備える投写型表示装置に組み込むことが可能である。このような投写型表示装置によれば、照明装置によって複数の色光をそれぞれ対応する画素に導くことができ、ライトバルブのカラーフィルタで光が遮られることがないので、光の利用効率が高く、明るい投写画像を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明を適用した照明装置を投写型表示装置と共に説明する。
【００２６】
［実施の形態１］
図１には本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の光学系の概略構成を示してある。この図に示す投写型表示装置１は、照明装置からの出射光束を、赤、青、緑の３色光束に分離し、分離された各色光束を液晶パネル等から構成される３つのライトバルブを通して画像情報に対応させて変調し、変調した後の各色光束を再合成して、投写光学系を介して投写面上に投写表示するいわゆる３板方式の投写型表示装置である。
【００２７】
図１に示すように、本例の投写型表示装置１は、本発明を適用した照明装置１０と、この照明装置１０から出射される光束Ｗを赤、緑、青の各色光束（第１、第２、および第３の色光成分）Ｒ、Ｇ、Ｂに分離する色分離光学系２０と、色分離光学系２０によって分離された各色光束を変調するライトバルブとしての３枚の液晶ライトバルブ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂと、変調された色光束を再合成する色合成光学系としてのダイクロイックプリズム４０と、合成された光束を投写面１００に拡大投写する投写光学系５０を備えている。さらに、色分離光学系２０によって分離された各色光束のうち、青色光束Ｂを対応する液晶ライトバルブ３０Ｂに導く導光系６０を備えている。
【００２８】
照明装置１０は、ランプユニット１１と、このランプユニット１１からの出射光束の光軸上に配置された均一照明光学系１５を備えている。ランプユニット１１は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の光源ランプ１２と、この光源ランプ１２の発散光を平行光となるように反射するリフレクタ１３を備え、リフレクタ１３によって反射された光の中心光軸１ａの方向が投写光学系５０による投写光の方向と直交するように配置されている。リフレクタ１３としては、その反射面の形状がパラボラ形、楕円面形等のものが使用される。均一照明光学系１５は、ランプユニット１１からの出射光束を複数の部分光束に分割し、それぞれの部分光束を液晶ライトバルブ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ上に重畳させることにより、液晶ライトバルブ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂをほぼ均一な照度で照明する機能を有している。均一照明光学系１５は、マトリクス状に配置された複数の矩形レンズを備えた第１のレンズ板１６を有し、この第１のレンズ板１６は、ランプユニット１１からの出射光束を空間的に複数の部分光束に分割し、各部分光束を所定の位置に集束させる。
【００２９】
各部分光束が集束する位置近傍には、第１のレンズ板１６と同様に、マトリクス状に配置された複数の矩形レンズを備えた第２のレンズ板１７が配置され、第１のレンズ板１６の各矩形レンズから出射された部分光束は第２のレンズ板１６の対応する矩形レンズに入射する。
【００３０】
第２のレンズ板１７の各矩形レンズに入射した部分光束は、それぞれ矩形レンズから反射ミラー１９に向かって出射され、当該反射ミラー１９で光路が９０度折り曲げられて、投写光学系５０による投写光の方向と略平行な方向に反射される。
【００３１】
反射ミラー１９によって反射された部分光束は、重畳レンズ１８によって対応する液晶ライトバルブ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ上に重畳される。
【００３２】
各色分離光学系２０は、青緑反射ダイクロイックミラー（第１のダイクロイックミラー）２１と、緑反射ダイクロイックミラー（第２のダイクロイックミラー）２２と、反射ミラー２３から構成される。照明装置１０から出射された光束Ｗは、まず、青緑反射ダイクロイックミラー２１において、そこに含まれる青色光束（第３の色光成分）Ｂおよび緑色光束（第２の色光成分）Ｇがほぼ直角に反射され、緑反射ダイクロイックミラー２２の側に向かう。
【００３３】
赤色光束（第１の色光成分）Ｒは青緑反射ダイクロイックミラー２１を透過して、後方の反射ミラー２３でほぼ直角に反射されて、赤色光束Ｒの出射部２４からダイクロイックプリズム４０の側に出射される。青緑反射ダイクロイックミラー２１において反射された緑および青色光束Ｇ、Ｂは、緑反射ダイクロイックミラー２２において、緑色光束Ｇのみが直角に反射されて、緑色光束Ｇの出射部２５からダイクロイックプリズム４０の側に出射される。この緑反射ダイクロイックミラー２２を透過した青色光束Ｂは、青色光束Ｂの出射部２６から導光系６０の側に出射される。本例では、照明装置１０の出射部から、色分離光学系２０における各色光束の出射部２４、２５、２６までの距離がほぼ等しくなるように設定されている。
【００３４】
色分離光学系２０の赤色、緑色光束Ｒ、Ｇの出射部２４、２５の出射側には、それぞれ集光レンズ７１、７２が配置されている。従って、各出射部から出射した赤色光束Ｒおよび緑色光束Ｇは、それぞれの集光レンズ７１、７２に入射して平行化される。
【００３５】
このように平行化された赤色光束Ｒおよび緑色光束Ｇは液晶ライトバルブ３０Ｒ、３０Ｇに入射して変調され、各色光に対応した画像情報が付加される。すなわち、これらのライトバルブは、不図示の駆動手段によって画像情報に応じてスイッチング制御されて、これにより、ここを通過する各色光の変調が行われる。このような駆動手段としては公知の手段をそのまま使用することができる。一方、青色光束Ｂは、導光系６０を介して対応する液晶ライトバルブ３０Ｂに導かれ、ここにおいて、同様に画像情報に応じて変調が施される。なお、本例の液晶ライトバルブとしては、例えば、一対の偏光板の間に、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として備えたアクティブマトリクス型の液晶パネルを配置してものを用いることができる。
【００３６】
導光系６０は、青色光束Ｂの出射部２６の出射側に配置した集光レンズ６１と、入射側反射ミラー６２と、出射側反射ミラー６３と、これらのミラーの間に配置された中間レンズ６４と、液晶ライトバルブ３０Ｂの手前側に配置した集光レンズ６５とから構成される。各色光束の光路の長さ、すなわち、照明装置１０から各液晶ライトバルブまでの距離は青色光束Ｂが最も長くなり、したがって、この光束の光量損失が最も多くなる。しかし、導光系６０を介在させることにより、その光量損失を抑制できる。
【００３７】
次に、各液晶ライトバルブ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを通って変調された各色光束はダイクロイックプリズム４０に入射して再合成される。再合成されたカラー映像は、投写光学系５０を介して所定の位置にある投写面１００に拡大投写される。
【００３８】
ここで、照明装置１０から各液晶ライトバルブ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂに至るまでの各光路は、光学系をコンパクトに納めるなどの理由から反射ミラー等を用いて折り曲げてあるが、光学的には直線状のシステム光軸Ｌに沿って各レンズを配列した光学系と等価である。図２（Ａ）には本例の照明装置１０の等価光学系を示し、図２（Ｂ）には図１０に示した従来構成の照明装置１０Ａの等価光学系を示してある。なお、照明装置１０と液晶ライトバルブ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂとの間に構成されている色分離光学系２０は省略してある。
【００３９】
本例の投写型表示装置１の照明装置１０においては、２枚のレンズ板１６、１７を反射ミラー１９の光路上流側に配置してあると共に、第２のレンズ板１７から出射された部分光束を反射ミラー１９の光路下流側に配置した重畳レンズ１８によって各液晶ライトバルブ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂに重畳させている。このため、図２（Ａ）および（Ｂ）の等価光学系を比較すれば分かるように、照明装置１０の内部における光路の長さｒ１は、照明装置１０Ａの内部の光路の長さｒ２より長くなる。
【００４０】
一方、本例の照明装置１０を用いた場合における重畳レンズ１８から液晶ライトバルブ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂまでの距離Ｒ１は、従来のように第１および第２のレンズ板１６、１７からなる均一照明光学系１５を照明装置に組み込んだ場合の第２のレンズ板１７から液晶ライトバルブ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂまでの距離Ｒ２に比べて短くなる。すなわち、本例によれば、照明装置１０から液晶ライトバルブ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂまでの光路の長さを短縮できる。従って、照明装置１０が組み込まれた投写型表示装置１では、照明装置以降の光学系（色分離光学系２０および導光系６０）の配置に必要な面積を小さくすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００４１】
また、照明装置１０においては、その内部の光路の長さｒ１が従来の照明装置１０Ａより長くなっているが、ランプユニット１１からの出射光束の光路を９０度折り曲げる反射ミラー１９を設けることにより、その長くなった部分、特にランプユニット１１から反射ミラー１９までの部分は、照明装置１０の背面側に生じるデッドスペースに位置するようにしている。従って、従来構成ではデッドスペースのまま残る部分を照明装置１０の一部を配置するために利用できるので、各光学要素（照明装置１０、色分離光学系２０、導光系６０等）を全体的に重量バランスの良い状態に配列できる。
【００４２】
以上のように、本例の照明装置１０を備えた投写型表示装置１によれば、装置を小型でコンパクトに構成できることに加えて、装置の重量バランスを改善できる。
【００４３】
図１に示した投写型表示装置１は、ダイクロイックプリズム４０を用いて液晶ライトバルブ３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂによって変調された各色光束を合成しているが、ダイクロイックプリズム４０を用いる代わりに、色合成用のダイクロイックミラーを用いて色合成を行うようにしても良い。図３には色合成用のダイクロイックミラーを用いて色合成を行う形式の投写型表示装置１Ａの光学系を示してある。なお、図１に示した投写型表示装置１と共通する部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００４４】
図３に示す投写型表示装置１Ａでは、２枚の色合成用のダイクロイックミラー４１、４３を備えた色合成光学系４０Ａによって変調後の各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂを合成している。すなわち、本例の投写型表示装置１Ａでは、液晶ライトバルブ３０Ｒによって変調された赤色光束Ｒは色合成用ダイクロイックミラー４１を透過し、液晶ライトバルブ３０Ｇによって変調された緑色光束Ｇは色合成用ダイクロイックミラー４１で反射されて、２色の色合成が色合成用ダイクロイックミラー４１によって行われる。
【００４５】
この合成された赤、緑色光束Ｒ、Ｇは、色合成用ダイクロイックミラー４３に入射して、このミラー４３で反射される。
【００４６】
一方、液晶ライトバルブ３０Ｂによって変調された青色光束Ｂは反射ミラー４２で反射され、色合成用ダイクロイックミラー４３に入射する。この色合成用ダイクロイックミラー４３に入射した青色光束Ｂは、このミラー４３を透過する。この結果、赤、緑色光束Ｒ、Ｇと青色光束Ｂは、色合成用ダイクロイックミラー４３で合成される。合成された光は、前述した投写型表示装置１と同様に、投写光学系５０を介して投写面１００の表面の投写される。
【００４７】
このように構成された投写型表示装置１Ａにおいても、本発明を適用した照明装置１０が組み込まれているので、前述した投写型表示装置１の場合と同様に、照明装置以降の光学系の配置に必要な面積を小さくでき、投写型表示装置を小型に構成できる。また、従来構成の照明装置１０Ａの背面側のデッドスペースを照明装置１０の一部を配置するために利用できるので、各光学要素（照明装置１０、色分離光学系２０、色合成光学系４０Ａ）をバランス良く配列することができ、装置の重量バランスを改善できる。これに加えて、本例の投写型表示装置１Ａでは、色合成用のダイクロイックミラー４１、４３によって色合成光学系４０Ａを構成しているので、前述した投写型表示装置１に比べて照明装置以降の光学系の光路長は長くなるが、製法が複雑で高価であるダイクロイックプリズムを使用しない分、装置の低コスト化には有利である。
【００４８】
［実施の形態２］
図４には本発明の実施の形態２に係る投写型表示装置１Ｂの光学系の概略構成図を示してある。なお、本例の投写型表示装置１Ｂにおいて、前述した投写型表示装置１と共通する部分については、同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００４９】
図４に示す投写型表示装置１Ｂは、１枚の液晶ライトバルブ３０を用いるいわゆる単板方式の投写型表示装置であり、照明装置１０からの出射光束Ｗを反射ミラー８１でほぼ直角に折り曲げ、その折り曲げた光束を集光レンズ８２を介して液晶ライトバルブ３０に導く構成となっている。本例の投写型表示装置１Ｂでは、照明装置１０を、ランプユニット１１の光出射方向と投写光学系５０による投写光の方向とが逆向きとなるように配置して、照明装置１０と照明装置以降の光学系が平行となるようにしてある。
【００５０】
図５には、本例の投写型表示装置１Ｂに用いられる液晶ライトバルブ３０の一例を示してある。この図に示すように、液晶ライトバルブ３０は、カラー変調用の液晶ライトバルブであり、素子基板３１と、この素子基板３１に対向するように固定された対向基板３２を有し、これらの基板の間に液晶を封入して、そこに液晶層３３が構成された液晶パネルを用いている。
【００５１】
素子基板３１は、ガラスや石英等から形成されており、その表面には、ソース線３１１とゲート線３１２が格子状に形成され、これらには薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３１３が接続されている。薄膜トランジスタ３１３には透明な画素電極３１４が直列に接続されている。
【００５２】
一方、対向基板３２の表面には、対向電極３２１が形成されており、薄膜トランジスタ３１３を介して画素電極３１４に電圧を印加すると、その画素電極３１４と対向電極３２１との間に挟まれた液晶が駆動される。また、対向基板３２の表面には、カラーフィルター３２２が形成されている。カラーフィルター３２２は、赤色光束Ｒを透過するフィルターＲ’、緑色光束Ｇを透過するフィルターＧ’、青色光束Ｂを透過するフィルターＢ’の３種類のフィルターを備えている。本例では、これらのフィルターＲ’、Ｇ’、Ｂ’がモザイク型に配置されている。また、画素電極３１４の周囲部分は遮光部３２６によって遮光されている。
【００５３】
なお、カラーフィルター３２２は、染色による形成や、顔料を分散させることにより構成することができる。また、ダイクロイックミラーのダイクロイック膜は光透過性に非常に優れているので、このダイクロイック膜からカラーフィルターを形成することが望ましい。
【００５４】
本例の投写型表示装置１Ｂにおいては、上記のような液晶パネルを２枚の偏光板３４、３５で挟んで、透過型の液晶ライトバルブとして使用している。この液晶ライトバルブ３０に照明装置１０からの出射光束Ｗを入射させると、出射光束Ｗのうち、カラーフィルター３２２の各フィルターによって所定の色光束のみが透過して、その色光束に変調を施すことができる。
【００５５】
このような本例の投写型表示装置１Ｂにおいても、本発明を適用した照明装置１０が組み込まれているので、照明装置以降の光学系を配置するための面積を小さくでき、投写型表示装置を小型でコンパクトに構成できる。また、照明装置１０と照明装置以降の光学系が平行となるようにして、各光学要素（照明装置１０、色分離光学系２０、色合成光学系４０Ａ）がバランス良く配列されている。このため、装置の重量バランスを改善できる。これに加えて、本例の投写型表示装置１Ｂでは、１枚の液晶ライトバルブ３０によって各色光束の変調を行っているので、照明装置以降の光学系を簡略化でき、装置の小型化および低コスト化に非常に有利である。
【００５６】
［実施の形態３］
図６には本発明の実施の形態３に係る投写型表示装置１Ｃの光学系の概略構成を示してある。本例の投写型表示装置１Ｃは、照明装置１０からの出射光束Ｗを偏光分離素子によって２種類の偏光光束に分離し、それぞれの偏光光束を液晶ライトバルブによって変調して、変調後の偏光光束を偏光合成素子によって合成した後、投写光学系によって投写面上に拡大投写する構成となっている。なお、本例において、前述した投写型表示装置１と共通する部分については、同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００５７】
本例の投写型表示装置１Ｃにおいて、照明装置１０からの出射光束Ｗは、偏光分離素子である偏光ビームスプリッタ９１に入射する。入射した出射光束Ｗは、当該出射光束Ｗの中心光軸に対してほぼ４５度傾斜した状態に配置された偏光ビームスプリッタ９１の偏光分離面９１１でＰ偏光光束とＳ偏光光束に分離される。本例では、Ｐ偏光光束は偏光分離面９１１を透過し、Ｓ偏光光束は偏光分離面９１１で直角に折り曲げられる。
【００５８】
偏光ビームスプリッタ９１を透過したＰ偏光光束は、第１の反射ミラー８５によって直角に折り曲げられて、集光レンズ８３を介して第１の液晶ライトバルブ３０Ｐに導かれる。一方、偏光ビームスプリッタ９１によって折り曲げられたＳ偏光光束は、第２の反射ミラー８６によって直角に折り曲げられて、集光レンズ８４を介して第２の液晶ライトバルブ３０Ｓに導かれる。
【００５９】
Ｐ偏光光束およびＳ偏光光束は、第１および第２の液晶ライトバルブ３０Ｐ、３０Ｓによって変調される。本例では、第１および第２の液晶ライトバルブ３０Ｐ、３０Ｓとして、図５を参照に説明したカラー変調用の液晶ライトバルブを用いている。なお、２枚の液晶ライトバルブ３０Ｐ、３０Ｓの双方をカラー変調用の液晶ライトバルブとする代わりに、一方の液晶ライトバルブをカラー変調用の液晶ライトバルブとし、他方の液晶ライトバルブを白黒変調用の液晶ライトバルブとすることも可能である。白黒変調用の液晶ライトバルブはカラー変調用の液晶ライトバルブからカラーフィルターの除いた構造であり、画素電極、対向電極等の基本的な構造はカラー変調用の液晶ライトバルブと同様である。
【００６０】
第１および第２の液晶ライトバルブ３０Ｐ、３０Ｓによって変調されたＰ偏光光束およびＳ偏光光束は、偏光合成用の偏光ビームスプリッター９２に入射する。入射したＰ偏光光束は偏光ビームスプリッター９２の偏光分離面９２１で直角に折り曲げられ、一方、Ｓ偏光光束はその偏光分離面９２１をそのまま透過する。この結果、それぞれの液晶ライトバルブ３０Ｐ、３０Ｓによって変調されたＰ偏光光束およびＳ偏光光束は偏光ビームスプリッター９２で偏光合成される。その後、合成された光束は投写光学系５０によってスクリーン１００に拡大投写される。
【００６１】
このように構成された投写型表示装置１Ｃにおいても、本発明を適用した照明装置１０が組み込まれているので、照明装置以降の光学系を配置するのに必要な面積を小さくでき、投写型表示装置を小型でコンパクトに構成できると共に、装置の重量バランスを改善できる。これに加えて、本例の投写型表示装置１Ｃでは、偏光分離用および偏光合成用の偏光ビームスプリッター９１、９２を用いることにより、どちらの偏光光束も無駄なく使用できるようにしているので、明るい投写画像を得ることができる。
【００６２】
［実施の形態４］
図７には、本発明の実施の形態４に係る投写型表示装置１Ｄの光学系の概略構成図を示してある。図７に示す投写型表示装置１Ｄは、１枚の液晶ライトバルブ３０Ｄを用いるいわゆる単板方式の投写型表示装置である点で、前述した実施の形態２に係る投写型表示装置１Ｂと共通する。従って、本形態の投写型表示装置１Ｄにおいて、前述した投写型表示装置１Ｂと共通する部分には、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６３】
前述した実施形態では、いずれも照明装置からの出射光を三色に分離しているが、本実施形態では、照明装置１０Ｄ内で色分離を行うようにしている。すなわち、本実施形態では、前述した実施形態における反射ミラー１９の代わりに、両面に複数のダイクロイック面としての赤色反射ダイクロイック膜１９１および緑色反射ダイクロイック膜１９２が形成された板状のダイクロイックミラー１９０と、反射面としての反射ミラー１９３とからなる反射手段が採用されている。第２のレンズ板１７から出射された各部分光束に含まれる赤色光束（第１の色光成分）Ｒは、赤色反射ダイクロイック膜１９１で反射され、緑色光束（第２の色光成分）Ｇは、緑色反射ダイクロイック膜１９２で反射され、青色光束（第３の色光成分）Ｂは、反射ミラー１９３によって反射される。従って、第２のレンズ板から出射された各部分光束は、それぞれ３色に分離された状態でほぼ直角に反射され、集光手段としての集光レンズ１８０、ならびに、もう１つの集光レンズ８２を介して液晶ライトバルブ３０Ｄ近傍に集光される。
【００６４】
液晶ライトバルブ３０Ｄは、図８に示すように、一対の偏光板３４０、３５０の間に液晶パネル３００が配置され、さらに、入射側偏光板３４０の入射面側、出射側偏光板３５０の出射面側に、それぞれ回折格子３６０、３７０が配置された構造となっている。また、一対の偏光板３４０、３５０、液晶パネル３００、回折格子３６０、３７０は、その周囲を枠３８０で固定されており、液晶パネル３００はほぼ密閉されて状態となっている。
【００６５】
入射側回折格子３６０は、集光レンズと同じ様な作用を有し、各色光束を液晶パネルの対応する画素に導く導光手段である。液晶パネル３００と一対の偏光板３４０、３５０の構成については、先に説明した図５とほぼ同様である。ただし、本実施形態では液晶ライトバルブ３０Ｄに入射する光がすでに３色の色光に分離されているため、カラーフィルタ３２２（図５参照）は不要である。なお、図中３０１は遮光部である。回折格子３６０によって、液晶パネル３００の各画素に導かれた各色光束は、所定の画像信号に基づいて変調される。
【００６６】
出射側回折格子３７０は、集光レンズと同じ様な作用を有し、出射側の偏光板３５０から出射された光束の拡散を低減するものである。このように、光束の拡散を低減する出射側回折格子３７０を設けることにより、投写光学系５０にのみこまれる光の量を多くすることができ、明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００６７】
本実施形態に係る投写型表示装置１Ｄは、前述した実施の形態２に係る投写型表示装置と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、照明装置１０Ｄ内に設けられたダイクロイックミラー１９０と反射ミラー１９３とによって分離された色光を、ライトバルブ３０Ｄの各画素に導くようにしているため、カラーフィルタで光が遮られることがない。したがって、光の利用効率が高く、明るい投写画像を得ることができる。
【００６８】
なお、入射側の回折格子３６０、出射側の回折格子３７０は、それぞれマイクロレンズアレイに置き換えることも可能である。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の照明装置では、２枚のレンズ板を共に反射手段の光路上流側に配置するようにしている。また、第２のレンズ板から出射された部分光束を反射手段の光路下流側に配置された重畳手段によって被照明領域に重畳させることにより、重畳手段から被照明領域までの重畳距離を短縮するようにしている。
【００７０】
従って、本発明の照明装置を投写型表示装置に用いれば、照明装置からライトバルブに到る光路の長さを短くでき、照明装置以降の光学系（色分離光学系や導光系等）を狭いスペース内にコンパクトに配列できる。このため、投写型表示装置を小型でコンパクトに構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る投写型表示装置の光学系の概略構成図である。
【図２】重畳レンズを備えた照明装置が組み込まれている場合と重畳レンズがない照明装置が組み込まれている場合の重畳距離の相違を説明するための図である。
【図３】図１に示す投写型表示装置の光学系の変形例を示す図である。
【図４】単板方式の投写型表示装置の光学系の概略構成図である。
【図５】図４に示す投写型表示装置に組み込まれるカラー変調用の液晶ライトバルブの一例を示す図である。
【図６】偏光分離用および偏光合成用の偏光ビームスプリッタを備えた投写型表示装置の光学系の概略構成図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る投写型表示装置の光学系の概略構成図である。
【図８】図７に示す投写型表示装置に組み込まれている液晶ライトバルブの概略構成図である。
【図９】従来の投写型表示装置の光学系の概略構成図である。
【図１０】反射ミラーが設置された照明装置を備えた投写型表示装置の光学系の概略構成図である。

Claims

ランプユニットと、
マトリクス状に配列された複数のレンズを備え、当該ランプユニットからの出射光束を複数の部分光束に分割する第１のレンズ板と、
マトリクス状に配列された複数のレンズを備え、前記部分光束が集束する位置付近に配置された第２のレンズ板と、
前記第２のレンズ板から出射された光を被照明領域に重畳する重畳手段と、
前記第２のレンズ板と前記重畳手段との間に配置され、前記第２のレンズ板からの出射光を前記重畳手段に向けて反射する反射手段とを有することを特徴とする照明装置。
請求項１において、前記反射手段は、前記第２のレンズからの出射光を直角に反射するものであることを特徴とする照明装置。
ランプユニットと、
マトリクス状に配列された複数のレンズを備え、当該ランプユニットからの出射光束を複数の部分光束に分割する第１のレンズ板と、
マトリクス状に配列された複数のレンズを備え、前記部分光束が集束する位置付近に配置された第２のレンズ板と、
前記第２のレンズ板から出射された光を集光する集光手段と、
前記第２のレンズ板と前記集光手段との間に配置され、前記第２のレンズ板からの出射光を前記集光手段に向けて反射する反射手段とを有し、
前記反射手段は、前記第２のレンズ板から出射された光束を複数の色光に分離する複数のダイクロイック面と、前記複数の色光のうちいずれかを反射する反射面とを有することを特徴とする照明装置。
請求項１または２に記載の照明装置と、
当該照明装置から出射された光束を複数色の光束に分離する色分離手段と、
当該色分離手段によって分離された各色の光束を画像情報に対応して変調する複数のライトバルブと、
当該ライトバルブのそれぞれによって変調された各色の光束を合成する色合成手段と、
当該色合成手段によって合成された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有することを特徴とする投写型表示装置。
請求項４において、前記色分離手段は、前記照明装置からの出射光束のうち、第１の色光成分を透過し、第２および第３の色光成分を反射する第１のダイクロイックミラーと、前記第２の色光成分を透過し、前記第３の色光成分を反射する第２のダイクロイックミラーと、前記第１の色光成分の光路を折り曲げる反射手段とを備え、前記第１、第２、および第３の色光成分を第１、第２、および第３の前記ライトバルブによって変調することを特徴とする投写型表示装置。
請求項１または２に記載の照明装置と、
当該照明装置からの出射光束の光路を変更する反射手段と、
当該反射手段によって光路が変更された光束を画像情報に対応して変調するライトバルブと、
当該ライトバルブによって変調された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有することを特徴とする投写型表示装置。
請求項６において、前記反射手段によって光路が９０度変更されていることを特徴とする投写型表示装置。
請求項１または２に記載の照明装置と、
当該照明装置からの出射光束をＰ偏光光束およびＳ偏光光束に分離する偏光分離手段と、
それぞれの偏光光束を変調する複数のライトバルブと、
当該ライトバルブのそれぞれによって変調された各偏光光束を合成する偏光合成手段と、
当該偏光合成手段によって合成された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有することを特徴とする投写型表示装置。
請求項３に記載の照明装置と、
前記照明装置から出射された前記複数の色光を画像情報に対応して変調するライトバルブと、
当該ライトバルブによって変調された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを備え、
前記ライトバルブは、
複数の画素と、
前記照明装置から出射された前記複数の色光のそれぞれを前記画素に導く導光手段とを備えることを特徴とする投写型表示装置。