WO2002031592A1 - Unite optique d"eclairage et ecran de projection comprenant cette unite - Google Patents

Unite optique d"eclairage et ecran de projection comprenant cette unite Download PDF

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WO2002031592A1
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lens
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light emitting
relay
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PCT/JP2001/008697
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Mitsuhiro Wada
Yoshihiro Masumoto
Yoshimasa Fushimi
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators

Definitions

  • the present invention relates to an illumination optical device that can be used, for example, to illuminate a spatial light modulator, and a projection type device that can project an optical image formed on the spatial light modulator onto a screen by a projection lens.
  • the present invention relates to a display device. Background art
  • projection display devices using various spatial light modulators have been known as video devices for large screens. These include, for example, using a transmissive or reflective liquid crystal panel as a spatial light modulator, illuminating the liquid crystal panel with a light source, and forming an optical image on the liquid crystal panel in accordance with a video signal supplied from the outside, and projecting it. An optical image is enlarged and projected on a screen by a lens.
  • Japanese Unexamined Patent Publication Nos. 3-111806 and 5-3465957 disclose an illumination optical device using an optical integrator and a glass opening. These devices form a light emitting surface similar in shape to the spatial light modulator, and realize high efficiency and high uniform illumination by forming an image on the spatial light modulator using a relay lens or the like. .
  • the illumination optical system used in the projection display device may be used for illuminating a reflective spatial light modulation element, or performing off-axis shadowing, etc.
  • the illumination light beam may be incident from a direction having a predetermined inclination.
  • the illumination light flux imaged on the surface to be illuminated maintains the imaging conditions near the optical axis, but at a position far from the optical axis. In this case, since the imaging conditions are disrupted, it is difficult to efficiently focus light on an effective area on the irradiated surface.
  • Scheimpflug's rule which is an imaging condition for an inclined object.
  • this condition rule gives an imaging condition for two planes inclined with respect to each other, there is a problem in that a figure is distorted in the inclination direction of the irradiated surface and uneven brightness occurs. It was not a solution, but an essential problem with oblique lighting.
  • FIG. 9A shows an example of a basic configuration of a conventional projection display device.
  • Conventional projection display devices consist of a lamp 121, a concave mirror 122, a condenser lens 123, a light pulp 1.24, a first lens 125, an intermediate imaging surface 126, and a reflective mirror. 1 2 7, 2nd lens 1 2 8, screen 1 2 9.
  • the light emitted from the lamp 122 is condensed by the concave mirror 122 to form a single light beam that is approximately rotationally symmetric with respect to the optical axis.
  • the condensing lens 123 illuminates the entire area of the light pulp 124 with this single light beam, and illuminates the light passing through the light pulp 124 with the object-side focal point 125 of the first lens 125. Light is collected near the position a.
  • the light valve 124 for example, a transmissive liquid crystal panel is used, and forms an optical image corresponding to a video signal.
  • the first lens 125 forms an intermediate imaging surface 126 using light that has passed through the light pulp 12.
  • the light condensed by the condenser lens 1 2 3 passes near the focal point 1 25 a position of the first lens 1 25, so that the light converges with the substantially parallel light including the intermediate image plane 1 2 6 Out of the first lens 1 25.
  • the light pulp 1 24 and the intermediate image-forming surface 1 26 with respect to the optical axis 1 25 b of the first lens 1 25 form the light of the first lens 125 so as to satisfy the Scheimpflug condition. They are arranged inclined with respect to the axis 125b.
  • the reflecting mirror 127 located near the intermediate imaging surface 126 is, for example, a two-dimensional array of minute reflecting surfaces 127a as shown in an enlarged view in FIG. 9 (b). Are used so that the light emitted from the first lens 125 can efficiently enter the second lens 128.
  • the second lens 128 re-images the intermediate image plane 126 on the screen 129.
  • the intermediate image plane 1 2 6 and the screen 1 2 9 are arranged so as to be inclined with respect to the optical axis 1 2 8 b of the second lens 1 2 8 so as to satisfy the Scheimpnorfe condition. ing.
  • the graphic distortion generated by the first lens 125 can cancel the graphic distortion generated by the second lens 126, so that the light valve 122 is provided on the screen 125. 3 It is possible to form an image without conjugate with the optical image on it can. Further, there is an advantage that the loss of light in the optical path from the first lens 125 to the second lens 128 can be reduced by making the emitted light flux of the first lens 125 substantially parallel light.
  • the projection-type display device shown in Fig. 9 solves the problem of figure distortion caused by oblique imaging and the problem of brightness gradient due to this, and efficiently guides the light emitted by the lamp onto the screen. This realizes a bright and distortion-free projected image. Therefore, if the above configuration is applied to an illumination optical system, it is possible to efficiently illuminate a spatial light modulation element inclined with respect to the optical axis, but there are the following problems. Specifically, when the Scheimpflug's conditional rule for oblique image formation is repeated twice, the optical axes of the first lens and the second lens are largely refracted, so that an optical path bending means is required. In Fig.
  • this is achieved by arranging a micro-reflection mirror array in which micro-reflection mirrors are arranged two-dimensionally in the vicinity of the intermediate image plane, but since the intermediate image plane has a conjugate relationship with the screen. Then, an image of the edge of the micro-reflection mirror is formed on the screen.
  • the light on the light pulp which is arranged at an angle to the optical axis of the light source, has a brightness Is asymmetrical with respect to. Since the brightness distribution on the light bulb is approximately reproduced on the screen by the action of the two-time image formation, an image having a brightness distribution asymmetric with respect to the optical axis is formed on the screen. That is, in the conventional illumination optical device or projection display device, There is a problem (second problem) that an image having an asymmetrical brightness distribution is formed on the screen. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to provide an illumination optical device and a projection display device in which an edge portion or the like of a minute reflection mirror of an optical path bending unit is not formed on a screen in consideration of the first problem. Is what you do.
  • the present invention provides an illumination optical device and a projection display device in which an image having an asymmetric brightness distribution with respect to the optical axis is not formed on a screen in consideration of the second problem. It is intended to do so.
  • a first present invention is an illumination optical device that illuminates an illumination target area that is obliquely inclined with respect to an optical axis, comprising: a light source;
  • a relay system a relay optical system, wherein the relay optical system has the first light emitting surface and the second light emitting surface inclined with respect to an optical axis of the relay optical system substantially conjugate to each other;
  • the light transmitting element is configured to form a first light emitting surface by calibrating a traveling direction of the incident light beam so that an emitted light beam is effectively incident on the relay optical system, and the first emission surface is the relay.
  • An illumination optical device that forms the first emission surface so as to have a brightness gradient in a direction to cancel a brightness gradient generated in an optical system.
  • the first illumination optical system includes an optical integrator element that makes a brightness distribution of the collected light flux substantially uniform.
  • a third invention is the illumination optical device according to the second invention, wherein the optical integrator element includes a first lens array and a second lens array.
  • the light transmission element is a decentered lens decentered with respect to an optical axis of the front illumination optical system, a biconvex lens, a refractive index distribution type lens, plastic
  • the illumination optical device according to the first aspect of the present invention which is any one of a spherical lens, a Fresno-lens lens, and a prism element.
  • a fifth invention (corresponding to claim 5) is the illumination optical device according to the fourth invention, wherein the eccentric lens has an aspherical surface.
  • a sixth aspect of the present invention is the illumination optical device according to the first aspect of the present invention, further comprising an irradiation angle correction element near an incident side of the illuminated area.
  • a seventh aspect of the present invention is an illumination optical device for illuminating an illuminated area obliquely inclined with respect to an optical axis,
  • a condensing optical system that condenses the light emitted by the light source to form a single light beam and forms a first light emitting surface substantially orthogonal to the optical axis;
  • a first relay optical system that forms a second light-emitting surface using light passing through the first light-emitting surface
  • a second relay optical system that forms a third light emitting surface on the illuminated area using light passing through the second light emitting surface,
  • the first relay optical system, the first light emitting surface and the second light emitting surface inclined with respect to the optical axis of the first relay optical system are substantially conjugate to each other,
  • the second relay optical system, the second light emitting surface and the third light emitting surface inclined with respect to the optical axis of the second relay optical system are substantially conjugate to each other,
  • the first relay optical system is configured to provide the first light emitting surface with a brightness gradient in a direction to cancel a brightness gradient generated in the second relay optical system to form the second light emitting surface.
  • An optical device configured to provide the first light emitting surface with a brightness gradient in a direction to cancel a brightness gradient generated in the second relay optical system to form the second light emitting surface.
  • An eighth aspect of the present invention (corresponding to claim 8) is that the optical path bending means for bending an optical path is arranged at least in the vicinity of the first light emitting surface or in the vicinity of the second light emitting surface.
  • 7 is an illumination optical device according to the seventh aspect of the present invention.
  • the optical path bending means is decentered with respect to the optical axis of the light-collecting optical system forming the first light-emitting surface.
  • the eighth embodiment which is one of an eccentric lens, a biconvex lens, a gradient index lens, a plastic aspheric lens, a Fresnel lens, and a prism element decentered with respect to the optical axis of the relay optical system of 2,
  • a tenth aspect of the present invention is the illumination optical device according to the ninth aspect of the present invention, wherein the eccentric lens has an aspheric surface.
  • the eleventh invention is the illumination optical device according to the seventh invention, wherein an illumination angle correction element is provided near the incident side of the illuminated area.
  • a twelfth aspect of the present invention includes an illumination optical device according to any one of the first to sixth aspects of the present invention,
  • a spatial modulation element arranged substantially at the same position as the second light-emitting surface, forming an optical image according to the video signal; And a projection lens that projects an optical image of the spatial modulation element.
  • claim 13 ⁇ is the illumination optical device according to any one of the seventh to eleventh aspects of the present invention.
  • a spatial modulation element disposed substantially at the same position as the third light-emitting surface and forming an optical image according to a video signal
  • a fourteenth invention is an illumination optical device according to any one of the seventh to eleventh inventions,
  • a spatial light modulator that is disposed substantially at the same position as the first light emitting surface and forms an optical image according to a video signal
  • the first relay lens system and the second relay lens system are projection-type display devices that project an optical image of the spatial modulation element onto a screen arranged on the illumination area.
  • a fifteenth aspect of the present invention is a rotating mechanism in which color wheels that selectively transmit red, green, and blue light are arranged in a disk shape in the vicinity of the first light emitting surface. Equipped with a mold color wheel,
  • a projection display apparatus for driving the spatial light modulation element in a color sequential manner.
  • a sixteenth aspect of the present invention (corresponding to claim 16) is that a color wheel that selectively transmits red, green, and blue light is arranged in a disk shape in the vicinity of the second light emitting surface. Equipped with a mold color wheel, A thirteenth projection display device according to the present invention for driving the spatial light modulation element in a color sequential manner.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an illumination optical device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an optical path diagram for explaining the operation of the decentered lens in FIG.
  • FIG. 3 is an optical path diagram for explaining the operation of the relay lens of FIG.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating an illumination optical device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an illumination optical device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating a projection display device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating a projection display device according to a sixth embodiment of the present invention.
  • Figure 9 shows (a) is a schematic block diagram showing a configuration example of a conventional projection display device.
  • FIG. 3B is a schematic enlarged configuration diagram illustrating a configuration of a minute reflection mirror. Explanation of reference numerals
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an illumination optical device according to an embodiment of the present invention.
  • the illumination optical device includes a lamp 1 as a light source, an ellipsoidal mirror 2, a UV-I cut filter 3, a condenser lens 4, a first lens 5, a second lens 6, a first light emitting surface 8, It comprises an eccentric lens 9 as a light transmission element, a second light emitting surface 10, a relay lens 11 as a relay optical system, a third light emitting surface 12, and an illuminated area 13.
  • the optical system from the lamp 1 to the second lens 6 constitutes the front illumination optical system 7.
  • the front illumination optical system 7 efficiently condenses the light emitted from the lamp 1 and forms a first light emitting surface 8 having an arbitrary shape. Specifically, the light emitted from the lamp 1 placed near the first focal point F 1 of the ellipsoidal mirror 2 is reflected by the ellipsoidal mirror 2, and the UV-IR filter 3 emits ultraviolet light and infrared light. After the light component is removed, the light is focused near the second focal point F 2 of the ellipsoidal mirror 2.
  • the condenser lens 4 is arranged so that its focal position substantially coincides with the position of the second focal point F 2 of the ellipsoidal mirror 2, and transfers the light passing through the second focal point F 2 of the concave mirror 2 along the optical axis 14.
  • the light is emitted as light traveling approximately in parallel.
  • the first lens 5 condenses the incident parallel light on the second lens 6, and the second lens 6 forms a first light emitting surface 7 that is approximately conjugate with the main plane 5 a of the first lens 5.
  • the first light emitting surface 8 is formed so as to be orthogonal to the optical axis 14. Therefore, if the opening of the first lens 5 is appropriately set, the first light emitting surface 8 having a desired shape can be formed.
  • the brightness distribution of the first light emitting surface 8 is approximately equivalent to the main plane 5 a of the first lens 5, and the brightness is approximately symmetric with respect to the optical axis 14. Distribution.
  • the first light emitting surface 8 has been described as being orthogonal to the optical axis 14, but the present invention is not limited to this, and the first light emitting surface 8 is not necessarily orthogonal to the optical axis 14. You don't have to.
  • the brightness distribution of the first light emitting surface 8 has been described as being approximately symmetrical with respect to the optical axis 14.
  • the present invention is not limited to this.
  • the brightness distribution does not have to be symmetric about the optical axis 14.
  • An eccentric lens 9 eccentric to the optical axis 14 of the second lens 6 is arranged near the incident side of the first light emitting surface 8.
  • the eccentric lens 9 appropriately refracts the light emitted from the second lens 6 and effectively guides the light to the relay lens 11.
  • the first light emitting surface 8 is provided with a brightness gradient that cancels the brightness gradient generated by the relay lens 11, and the second light emitting surface 10 inclined with respect to the optical axis 15 of the relay lens 11 is provided.
  • the relay lens 11 uses the light that has passed through the second light emitting surface 10 to form a third light emitting surface 12 that is inclined with respect to the optical axis 15 in a direction opposite to the second light emitting surface 10.
  • the illuminated area 13 is illuminated effectively.
  • the brightness distribution on the illuminated area 13 is approximately equivalent to the first light emitting surface 8, ie, the main plane 5a of the first lens 5, and has a brightness distribution approximately symmetric with respect to the optical axis.
  • FIG. 2 is an optical path diagram for explaining the operation of the eccentric lens 9.
  • the decentered lens 9 is an aspherical glass lens having an aspheric surface on the light incident side and a flat outgoing side.
  • the light emitted from the second lens 6 is effectively incident on the relay lens 11 and the first light emitting surface 7 Forming a second light emitting surface 10 having a brightness distribution different from c
  • the optical axis 21 of the eccentric lens 9 is substantially parallel to the optical axis 15 of the relay lens 11 and is positioned with respect to the optical axis 14 so as to pass near the principal point 6 a of the second lens 6. Properly eccentric.
  • the light that has passed through the principal point 6a of the second lens 6 and entered the eccentric lens 9 is emitted as light that travels approximately parallel along the optical axis 15 of the relay lens 11.
  • the light that has passed through the second lens can be effectively made incident on the relay lens.
  • the eccentric lens 9 imparts a brightness gradient to the first light emitting surface 8 formed on the optical axis 14 of the second lens 6, and forms the second light emitting surface 10 at a position different from that.
  • the second light emitting surface 10 is arranged with a predetermined inclination with respect to the optical axis 15 of the relay lens 11, and the first light emitting surface 8, that is, the brightness on the main plane 5 a of the first lens 5. It has a distribution different from the height distribution.
  • the parallel luminous flux 20 incident on the first lens 5 is divided at equal intervals, and the divided light beams are denoted as Ll, L2, L3, L4, L5 .
  • the light beam L3 corresponds to the optical axis 14 of the second lens 6.
  • the intervals between the light beams after division are S1, S2, S3, and S4.
  • the distance between the light beams L1, L2, L3, L4, and L5 on the second light emitting surface 10 is If S l ', S 2', S 3 ', and S 4', then S 4 '> S 3'> S 2 '> S 1'.
  • Light rays included in S 1 on the main plane 5 a are included in S 1 ′ on the second light emitting surface 10.
  • the rays contained in S2, S3, and S4 on the main plane 5a are
  • FIG. 3 is an optical path diagram for explaining the operation of the relay lens 11.
  • the relay lens 11 forms a third light emitting surface 12 conjugate with the second light emitting surface 10 in the vicinity of the illuminated region 13.
  • the second light-emitting surface 10 and the third light-emitting surface 12 are both arranged to be inclined with respect to the optical axis 15 of the relay lens 11.
  • the second light emitting surface 10 and the third light emitting surface 12 are arranged at the imaging positions A 1 and A 2 of the relay lens 11, and the extension line 3 of the second light emitting surface 10 is formed. 1 and the extension line 32 of the third light emitting surface 12 intersect at a point O on a line 33 passing through the principal point 11 a of the relay lens 11 and perpendicular to the optical axis 15.
  • the second light emitting surface 10 inclined with respect to the optical axis 15 can be imaged on the third light emitting surface 12. This is called the so-called “Scheimpflug relation” and provides necessary and sufficient imaging conditions for an inclined object.
  • the light passing from the point P1 through the principal point 11a of the relay lens 11 and reaching the third light emitting surface 12 is defined as L1 '.
  • light passing through the principal point 11a of the relay lens 11 from the points P2, P3, P4, and P5 and reaching the third light emitting surface 12 is L2 ', L3', and L4, respectively.
  • ', L 5' As shown in Fig. 2, the interval between points is S 4 ' > S 3 ′> S 2 ′> S l ′.
  • the focal length of the eccentric lens 9 should be set so that its focal position approximately coincides with the principal point 6a of the second lens 6.
  • the amount of eccentricity of the eccentric lens 9 may be set so that the optical axis 21 is substantially parallel to the optical axis 15 of the relay lens 11.
  • the eccentric lens 9 imparts a gradient to the brightness distribution of the first light emitting surface 8 formed by the front illumination optical system 7, and the gradient is a brightness gradient generated by the relay lens 11 Is set to approximately cancel out. Accordingly, the brightness distribution of the illuminated area 13 inclined with respect to the optical axis 15 of the relay lens 11 is approximately equal to the brightness distribution of the first light emitting surface 8 formed by the front illumination optical system 7. can do. For example, by forming the first light emitting surface 8 with uniform brightness by the front illumination optical system 7, the brightness distribution of the illuminated area 13 can be made substantially uniform. ' ⁇
  • the second light emitting surface of the present embodiment is an example of the first light emitting surface of the present invention
  • the third light emitting surface of the present embodiment is an example of the second light emitting surface of the present invention.
  • the front illumination optical system of the present invention is not limited to front illumination optical system 7 having the configuration shown in FIG. 1 in the present embodiment.
  • the pre-illumination optical system of the present invention only needs to condense the light emitted by the lamp and form a predetermined light emitting surface.
  • the first light-emitting surface of the present invention is not limited to the one orthogonal to the optical axis 14 like the first light-emitting surface 10 in the present embodiment, but is always orthogonal to the optical axis 14. It is not necessary. Further, the brightness distribution does not need to be symmetrical with respect to the optical axis 14, and may have an asymmetrical brightness distribution with respect to the optical axis 14. In short, the same effect can be obtained if the eccentric lens is set so as to satisfy the above operation.
  • the shape and the amount of eccentricity of the light transmission element of the present invention are not limited to those satisfying the above-described conditions, like the eccentric lens 9 in the present embodiment.
  • the light transmission element of the present invention only needs to have an effect of refracting incident light to form a second light emitting surface that can substantially cancel the brightness gradient generated by the relay lens.
  • the light transmission element of the present invention is not limited to a light transmission element such as the decentered lens according to the present embodiment that converts outgoing light into parallel light. It is only necessary to provide a desired brightness gradient to the second light emitting surface, reduce the spread of light emitted from the second lens, and make the light enter the relay lens effectively.
  • the light transmission element of the present invention is not limited to the eccentric lens 9 in the present embodiment, but may be a biconvex lens, a gradient index lens, a plastic aspheric lens, a Fresnel lens, or the like. In some cases, a prism element or the like can be used. .
  • the main plane 5a of the first lens 5 and the second light emitting surface 10 of the present embodiment need not be conjugate. For example, a field stop may be arranged on the exit side of the eccentric lens to form the second light emitting surface.
  • the relay optical system of the present invention is not limited to the relay lens 11 of the present embodiment, but, in other words, the relay optical system of the present invention, such as one composed of a plurality of lenses, comprises a second light emitting surface and a second light emitting surface. (3) It is only necessary that the light emitting surface has a conjugate relationship.
  • the second light emitting surface 10 is arranged inclined with respect to the optical axis of the relay lens 11, but this is an example of a relay lens in which aberration is sufficiently corrected. Therefore, for example, when a relay lens having a large curvature of field is used, the optimum imaging plane of the relay lens may be set to the second light emitting surface in accordance with the aberration, and in some cases, the second light emitting surface May be arranged perpendicular to the optical axis.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a configuration of an illumination optical device according to an embodiment of the present invention.
  • the illumination optical device includes a lamp 41 as a light source, a parabolic mirror 42 as a condenser optical system, a UV-IR cut filter 43, and a first optical path bending.
  • a first Fresnel lens 44 as an element, a first light emitting surface 45, a first as a first relay lens system]) a ray lens 46, a second Fresnel lens 47 as a second optical path bending element, a second It comprises a second light emitting surface 48, a second relay lens 49 as a second relay lens system, a third light emitting surface 50, and an illuminated area 51.
  • the light emitted from the lamp 41 is condensed by the parabolic mirror 42, and the UV-IR cut filter 43 removes ultraviolet light and infrared light components.
  • the parallel light incident on the first Fresnel lens is converged to form a first light emitting surface 45.
  • the first relay lens 46 makes the first light emitting surface 45 and the second light emitting surface 47 inclined with respect to the optical axis 53 conjugate to each other. Specifically, the first light-emitting surface 45 and the second light-emitting surface 47 are arranged at the image forming positions B 1 and B 2 of the first relay lens 46, and the extension line 55 of the first light-emitting surface 45. An extension line 57 of the second light emitting surface 48 intersects with a point Q on a line 56 passing through the principal point 46 a of the first relay lens 46 and perpendicular to the optical axis 53.
  • the second relay lens 49 causes the second light emitting surface 48 and the third light emitting surface 50 inclined with respect to the optical axis 54 to be conjugate to each other.
  • the second light-emitting surface 48 and the third light-emitting surface 50 are arranged at the image forming positions C 1 and C 2 of the second relay lens 49, and the extension line 57 of the second light-emitting surface 48 and It intersects the extension line 59 of the third light-emitting surface 50 with the force S and the point Q on the line 58 passing through the principal point 49a of the second relay lens 49 and perpendicular to the optical axis 54.
  • FIG. 4 (a) shows an example in which the extension line 56 and the extension line 58 intersect at the same point Q, this is not necessary.
  • the first Fresnel lens 44 focuses parallel light emitted from the parabolic mirror 42 on the principal point 46 a of the first relay lens 46, as shown in an enlarged sectional view in FIG. 4B. You. Therefore, the first Fresnel lens 44 is decentered with respect to the optical axis 52 of the parabolic mirror 42. Specifically, the optical axis 44 a of the first Fresnel lens 44 is approximately parallel to the optical axis 52 of the parabolic mirror 42 and passes through the principal point 46 a of the first relay lens 46. Eccentric.
  • the second Fresnel lens 47 is used to make the light emitted from the first relay lens 46 effectively enter the second relay lens 49.
  • the second Fresnel lens 47 has a focal point on the incident side near the principal point 46a of the first relay lens 46, and a focal point on the exit side having the principal point 49 of the second relay lens 49. It is eccentric so that it is near a. ,
  • the inclination of the brightness generated by the second relay lens 49 can be canceled by the inclination of the brightness generated by the first relay lens 46 c.
  • the brightness distribution of 0 and the brightness distribution of the first light emitting surface 45 can be made substantially equal.
  • the optical path bending means of the present invention is not limited to the shape and the amount of eccentricity which satisfy the above-mentioned conditions as in the first Fresnel lens 44 and the second Fresnel lens 47 in the present embodiment.
  • the optical path bending means only needs to have an effect of refracting the incident light to form a second light emitting surface capable of substantially canceling out the brightness gradient generated in the second relay lens.
  • the optical path bending means of the present invention is not limited to the first Fresnel lens 44 and the second Fresnel lens 47 of the present embodiment, which are not limited to those for making outgoing light into parallel light, but for making outgoing light into parallel light. In short, the optical path folding of this embodiment is not necessary.
  • the bending means may provide a desired brightness gradient to the second light emitting surface, reduce the spread of light emitted from the second lens, and allow the light to be effectively incident on the relay lens.
  • the optical path bending means of the present invention is not limited to the first Fresnel lens 44 and the second Fresnel lens 47 in the present embodiment, and the eccentric lens may be a biconvex lens, a gradient index lens, a plastic aspherical surface. A lens, and in some cases, a prism element or the like may be used.
  • the first relay optical system of the present invention is not limited to the first relay lens 46 in the present embodiment, but may be constituted by a plurality of lenses. In short, the first relay optical system of the present invention only needs to make the first light-emitting surface and the second light-emitting surface have a substantially cooperative relationship.
  • the second relay optical system of the present invention is not limited to the second relay lens 49 in the present embodiment, but may be configured by a plurality of lenses.
  • the second relay optical system of the present invention only needs to make the second light emitting surface and the third light emitting surface have a substantially conjugate relationship.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an illumination optical device according to an embodiment of the present invention.
  • the illumination optical device of the present embodiment includes a lamp 61 as a light source, a parabolic mirror 62, a UV-IR cut filter 63, a first lens array 64, and a second lens array.
  • An optical system from the lamp 61 to the auxiliary lens 66 constitutes a front illumination optical system 67.
  • the light emitted by the lamp 61 is reflected by the parabolic mirror 62 and converted into light that travels approximately parallel along the optical axis 75.
  • the light emitted from the parabolic mirror 62 has its UV and infrared components removed by the UV-IR cut filter 63, and enters the first lens array 64.
  • the first lens array 64 is configured by arranging the first lenses 64 two-dimensionally.
  • the incident light beam is divided into a plurality of minute light beams, and each of the minute light beams is focused on the second lens array 65.
  • the second lens array 65 is configured by arranging the second lens 65 a paired with the first lens 64 two-dimensionally, and expanding or minimizing the minute light beam incident on the corresponding first lens 64 a.
  • the first light emitting surface 68 is formed in a superimposed form by reduction. As a result of superimposing a plurality of minute light fluxes having relatively small brightness unevenness and color unevenness, the brightness distribution on the first light emitting surface 68 becomes extremely uniform.
  • the auxiliary lens 66 is used to superimpose the light passing through the second lens 65a on the first light emitting surface 68.
  • the eccentric lens 69 applies a direction to cancel the brightness gradient generated by the relay lens 71 with respect to the brightness distribution of the first light emitting surface 68.
  • a second light-emitting surface 70 having the brightness of 10 nm is formed.
  • the second light emitting surface 70 forms a third light emitting surface 72 near the illuminated area 73 by the relay lens 71.
  • the brightness distribution of the third light emitting surface 73 is obtained by superimposing the brightness distribution obtained by the plurality of first lenses 64a and the second lenses 65a, it is extremely uniform.
  • the second lens array 65 may be configured by arranging the appropriately decentered second lens on the two-dimensional element.
  • illumination angle compensation lens 8 1 is a diagram showing a configuration of an illumination optical device according to an embodiment of the present invention is the same as that shown in FIG.
  • the irradiation angle correction lens 81 acts on the light that forms the third light emitting surface 72 and emits the incident light as light that travels approximately parallel along the optical axis 74. Therefore, a parallel light beam having a certain angle enters the illuminated area.
  • This is effective, for example, when illuminating a spatial light modulation element having different transmittance and reflectance depending on the incident angle of light.
  • the aberration generated by the irradiation angle correction lens 81 is preferably corrected by the relay lens 71.
  • the illumination optical device can uniformly illuminate the illuminated area inclined with respect to the optical axis with a parallel light beam having a predetermined angle. Can be realized. (Fifth embodiment)
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a projection display device according to an embodiment of the present invention.
  • the projection display device of the present embodiment includes an illumination optical device 91, a reflective liquid crystal panel 92, a projection lens 93, and a screen 94.
  • the illumination optical device 91 is the same as the illumination optical device shown in FIG.
  • the illumination optical device 91 forms a highly uniform parallel light beam by the operation described in the fourth embodiment, and illuminates the reflective liquid crystal panel 92.
  • the reflection type liquid crystal panel 92 forms an optical image by modulating and reflecting incident light according to a video signal.
  • the optical image on the reflective liquid crystal panel 92 is projected on a screen 94 by a projection lens 93.
  • the projection lens 93 sufficiently corrects the aberration generated by the irradiation angle correction lens 81, and can form an optical image on the reflection type liquid crystal panel 92 on the screen 94 with high resolution.
  • the irradiation angle correction lens 81 By arranging the irradiation angle correction lens 81, it is possible to reduce the spread of the light reflected by the reflective liquid crystal panel 92 and make the light enter the projection lens, and thus there is an advantage that the projection lens can be downsized. .
  • the opening shape of the first lens 64 a on the first lens array 64 is made substantially similar to the effective display area of the liquid crystal panel 92, it is unnecessary to illuminate the area other than the effective display area of the liquid crystal panel 92. Since the light can be reduced, the contrast of the projected image is improved.
  • the illumination angle correction lens 8 1 When illuminating a reflective spatial light modulator, the illumination angle correction lens 8 1 May be a plano-convex lens having a convex surface on the spatial light modulator 92 side. Unnecessary reflected light is prevented from re-entering the spatial light modulator 92, and the contrast is further improved.
  • the color wheel may be arranged near the second light emitting surface 70. In the vicinity of the second light emitting surface 70, a parallel light beam having a small width can be formed, so that the wavelength shift due to the incident angle dependence of the color filter is reduced.
  • the spatial light modulator of the present invention is not limited to the reflective liquid crystal panel 92 of the present embodiment, but may be a transmissive liquid crystal panel or a mirror-type device that modulates light with a plurality of minute mirrors. Good.
  • the spatial light modulation element inclined with respect to the optical axis can be efficiently and uniformly illuminated, so that a bright, high-quality image can be obtained.
  • a projection display device can be realized.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a projection display apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the projection type display device includes an illumination optical device 101, a reflection type liquid crystal panel. It consists of a lens 102, a projection lens 103, a screen 104, and a force.
  • the illumination optical device 101 is the same as the illumination optical device shown in FIG.
  • the reflective liquid crystal panel 102 is illuminated by a parallel light beam having no brightness gradient formed by the illumination optical device 101.
  • An optical image formed on the reflective liquid crystal panel 102 is projected on a screen 104 by a projection lens 103.
  • the projection lens 103 has a sufficiently large image circle, and can perform off-axis projection. Thus, oblique projection can be performed without causing distortion on the screen 104.
  • the spatial light modulator 102 inclined with respect to the optical axis can be efficiently and uniformly illuminated, so that a bright and high-quality image can be obtained.
  • a projection display device that can be obtained can be realized.
  • this transmissive liquid crystal panel forms an optical image by modulating incident light according to a video signal and transmitting the modulated light, and the first relay lens 46 and the second relay lens 4 are formed.
  • Reference numeral 9 also functions as a projection lens that projects the optical image formed by the liquid crystal panel onto a screen disposed on the third light emitting surface 50.
  • an illumination optical device capable of illuminating an illuminated area by condensing well can be realized. Further, it is possible to realize a projection display device capable of displaying a bright image without uneven brightness with high image quality.
  • the present invention can provide an illumination optical device and a projection display device in which an edge portion or the like of a minute reflection mirror of an optical path bending unit is not formed on a screen.
  • the present invention can provide an illumination optical device and a projection display device in which an image having an asymmetric brightness distribution with respect to the optical axis is not formed on the screen.

Description

明 細 書 照明光学装置及ぴこれを用いた投写型表示装置 技術分野
本発明は、 例えば空間光変調素子を照明するために用いることができる照 明光学装置と、 空間光変調素子上に形成される光学像を投写レンズによりス クリーン上に投影することのできる投写型表示装置に関するものである。 背景技術
従来、 大画面用の映像機器として各種の空間光変調素子を用いた投写型表 示装置が知られている。 これらは、 例えば透過型や反射型の液晶パネルを空 間光変調素子とし、 光源により液晶パネルを照明すると共に、 外部から供給 される映像信号に応じた光学像を液晶パネル上に形成し、 投写レンズにより 光学像をスクリーン上に拡大投影するものである。
投写型表示装置を構成する場合、 大きい光出力を実現し、 明るく、 高画質 な投写画像を提供することが重要である。 そのためには、 ランプの放射する 光を高い効率で集光し、 均一よく空間光変調素子を照明することのできる照 明光学系を実現することが重要である。 特開平 3— 1 1 1 8 0 6号公報、 特 開平 5 - 3 4 6 5 5 7号公報には、 光学ィンテグレータゃガラス口ッドを用 いた照明光学装置が開示されている。 これらは、 空間光変調素子と相似形状 の発光面を形成し、' この発光面をリレーレンズ等によって空間光変調素子上 に結像させることにより、 高効率、 高均一照明を実現するものである。 一方、 投写型表示装置に用いられる照明光学系は、 例えば、 反射型の空間 光変調素子を照明する際や、 軸ずらし 影する際等、 その用途や構成によつ ては空間光変調素子に対して所定の傾きを持った方向から照明光束を入射さ せる場合がある。 しかしながら、 上記従来の照明光学系を用いて斜め照明を 行う場合、 被照射面上に結像させた照明光束は、 光軸近傍では結像条件が保 持されるが、 光軸から離れた位置では結像条件が崩れるため、 被照射面上の 有効領域に効率よく集光することが困難となる。 また、 被照射面の傾斜方向 に対して図形が歪み、 明るさむらが発生する、 という問題があった。
光軸に対して傾斜した平面を効率良く照明するためには、 所謂、 シャイン プル一フの条件則と呼ばれる、 傾斜物体に関する結像条件を満たした照明光 学系を実現すればよい。 しかしながら、 この条件則は、 互いに傾斜した 2つ の平面の結像条件を与えるものではあっても、 被照射面の傾斜方向に対して 図形が歪み、 明るさむらが発生する、，という問題を解決するものではなく、 斜め照明においては本質的な問題であった。
これ'に対して、 シャインプルーフの条件則を 2回繰り返す構成として、 斜 め結像における問題点を解決する方法が開示されている （例えば、 特開平 4 - 2 7 9 1 2 ) 。
図 9の （a ) は、 従来の投写型表示装置の基本的な構成の一例である。 従来の投射型表示装置は、 ランプ 1 2 1、 凹面鏡 1 2 2、 集光レンズ 1 2 3、 ライ トパルプ 1 .2 4、 第 1 レンズ 1 2 5、 中間結像面 1 2 6、 反射ミラ 一 1 2 7、 第 2レンズ 1 2 8、 スクリーン 1 2 9、 から構成される。
ランプ 1 2 1の放射する光は、 凹面鏡 1 2 2により集光され、 光軸に対し ておよそ回転対称な単一光束が形成される。 集光レンズ 1 2 3は、 この単一光束を用いてライ トパルプ 1 2 4の全域を 照明するとともに、 ライ トパルプ 1 2 4を通過した光を第 1 レンズ 1 2 5の 物体側焦点 1 2 5 a位置の近傍に集光する。
ライ トバルブ 1 2 4は、 例えば、 透過型の液晶パネルが用いられ、 映像信 号に応じた光学像を形成する。
第 1レンズ 1 2 5は、 ライ トパルプ 1 2 を通過した光を用いて中間結像 面 1 2 6を形成する。 同時に、 集光レンズ 1 2 3によって集光された光は、 第 1 レンズ 1 2 5の焦点 1 2 5 a位置の近傍を通過するので、 中間結像面 1 2 6を内包する略平行光となって第 1 レンズ 1 2 5を出射する。
第 1 レンズ 1 2 5の光軸 1 2 5 bに対してライ トパルプ 1 2 4と中間結像 面 1 2 6とは、 シャインプルーフの条件則を満たすように、 第 1 レンズ 1 2 5の光軸 1 2 5 bに対して互いに傾斜して配置されている。
中間結像面 1 2 6近傍に配置される反射ミラー 1 2 7は、 例えば、 図 9 ( b ) に拡大して示すような、 微小反射面 1 2 7 aを二次元的に配列したも のが用いられ、 第 1 レンズ 1 2 5の出射光が第 2 レンズ 1 2 8に効率よく入 射するようにしている。
第 2レンズ 1 2 8は、 中間結像面 1 2 6上をスクリーン 1 2 9上に再結像 させる。 中間結像面 1 2 6とスク リーン 1 2 9とは、 シャインプノレーフの条 件則を満たすように、 第 2 レンズ 1 2 8の光軸 1 2 8 bに対して互いに傾斜 して配置されている。
上記構成によれば、 第 1 レンズ 1 2 5で発生する図形歪が、 第 2 レンズ 1 2 6で発生する図形歪を打ち消すことができるので、 スク リーン 1 2 9上に は、 ライ トバルブ 1 2 3上の光学像と共役な奎の無い画像を形成することが できる。 また、 第 1レンズ 1 2 5の出射光束を略平行光とすることで、 第 1 レンズ 1 2 5から第 2レンズ 1 2 8に至る光路中の光損失を小さくできる、 といった利点がある。
図 9に示す投写型 ¾示装置は、 斜め結像によって発生する図形歪とこれに 起因する明るさ傾斜の問題を改善し、 ランプの放射する光を効率よくスクリ ーン上に導くことで、 明るく歪の無い投写画像を実現するものである。 従つ て、 上記構成を照明光学系に適用すれば、 光軸に対して傾斜した空間光変調 素子を効率よく照明することが可能になるが、 以下のような課題がある。 具体的には、 斜め結像に関するシャインプル一フの条件則を 2回繰り返す 場合、 第 1レンズと第 2レンズの光軸が大きく屈折するため、 光路折り曲げ 手段が必要になる。 図 9では、 微小反射ミラーを二次元状に配列した微小反 射ミラーアレイを中間結像面の近傍に配置してこれを実現しているが、 中間 結像面はスクリーンと共役関係にあるため、 スクリーン上に微小反射ミラー のエッジ部等が結像される。
すなわち、 従来の照明光学装置または投射型表示装置では、 光路折り曲げ 手段の微小反射ミラーのエッジ部等がスクリーンに結像されてしまうという 課題 （第 1の課題） がある。
第 2に、 図 9の構成では、 集光レン による収束光がライ トパルプを照明 しているため、 光源の光軸に対して傾斜して配置されたライ トパルプ上の明 るさは、 光軸に対して非対称な分布となる。 ライ トバルブ上の明るさ分布は、 上記 2回結像の作用によりスクリーン上におよそ再現されるので、 光軸に対 して非対称な明るさ分布を持った画像がスクリーン上に形成されてしまう。 すなわち、 従来の照明光学装置または投射型表示装置では、 光軸に対して 非対称な明るさ分布を持った画像がスクリーン上に形成されてしまうという 課題 （第 2の課題） がある。 発明の開示
本発明は、 上記第 1の課題を考慮し、 光路折り曲げ手段の微小反射ミラー のエッジ部等がスクリ一ンに結像されてしまわない照明光学装置及び投射型 表示装置を提供することを目的とするものである。
また、 本発明は、 上記第 2の課題を考慮し、 光軸に対して非対称な明るさ 分布を持った画像がスク リーン上に形成されてしまわない照明光学装置及ぴ 投射型表示装置を提供することを目的とするものである。
上述した課題を解決するために、 第 1の本発明 （請求項 1に対応） は、 光 軸に対して斜めに傾いた被照明領域を照明する照明光学装置であって、 光源と、
前記光源が放射する光を集光する前置照明光学系と、
前記集光された光束を入射して第 1の発光面を形成する光伝達素子と、 前記第 1の発光面を通過する光を用いて前記被照明領域上に第 2の発光面 を形成するリレー^;学系とを備え、 - 前記リ レー光学系は、 前記リ レー光学系の光軸に対して傾いた前記第 1の 発光面と前記第 2の発光面を互いに実質上共役とし、
前記光伝達素子は、 出射光束が前記リレー光学系に有効に入射するように、 前記入射光束の進行方向を校正して第 1の発光面を形成すると共に、 前記第 1の発行面が前記リレー光学系で生じる明るさの傾斜を打ち消す方向の明る さの傾斜を有するように前記第 1の発行面を形成する照明光学装置である。 また、 第 2の本発明 （請求項 2に対応） は、 前記前置照明光学系は、 前記 集光された光束の明るさ分布を実質上均一にする光学ィンテグレータ素子を 備えた第 1の本発明に記載の照明光学装置である。
また、 第 3の本発明 （請求項 3に対応） は、 前記光学インテグレータ素子 は、 第 1 レンズアレイと第 2 レンズアレイから構成される第 2の本発明に記 载の照明光学装置である。
また、 第 4の本発明 （請求項 4に対応） は、 前記光伝達素子は、 前記前置 照明光学系の光軸に対して偏心させた偏心レンズ、 両凸レンズ、 屈折率分布 型レンズ、 プラスチック 球面レンズ、 フレネノレレンズおよびプリズム素子 のいずれかである第 1の本発明に記載の照明光学装置である。
また、 第 5の本発明 （請求項 5に対応） は、 前記偏心レンズは、 非球面を 有する第 4の本発明に記載の照明光学装置である。
また、 第 6の本発明 （請求項 6に対応） は、 前記被照明領域の入射側近傍 に照射角補正素子を備える第 1の本発明に記載の照明光学装置である。 また、 第 7の本発明 （請求項 7に対応） は、 光軸に対して斜めに傾いた被 照明領域を照明する照明光学装置であって、
光源と、
光源の放射する光を集光して単一光束を形成し、 その光軸に対し実質上直 交する第 1の発光面を形成する集光光学系と、
前記第 1の発光面を通過する光を用いて第 2の発光面を形成する第 1のリ レー光学系と、
前記第 2の発光面を通過する光を用いて被照明領域上に第 3の発光面を形 成する第 2のリレー光学系とを備え、 前記第 1のリレー光学系は、 前記第 1のリレー光学系の光軸に対して傾い た前記第 1の発光面と前記第 2の発光面を互いに実質上共役とし、
前記第 2のリレー光学系は、 前記第 2のリレー光学系の光軸に対して傾い た前記第 2の発光面と前記第 3の発光面を互いに実質上共役とし、
前記第 1のリレー光学系は、 前記第 2のリレー光学系で生じる明るさの傾 斜を打ち消す方向の明るさ傾斜を前記第 1の発光面に与えて前記第 2の発光 面を形成する照明光学装置である。
また、 第 8の本発明 （請求項 8に対応） は、 前記第 1発光面の近傍、 又は 前記第.2発光面の近傍の少なくともいずれかに光路を折り曲げるための光路 折り曲げ手段を配置する第 7の本発明に記載の照明光学装置である。
また、 第 9の本発明 （請求項 9に対応） は、 前記光路折り曲げ手段は、 前 記第 1の発光面を形成する集光光学系の光軸に対して偏心させた、 または前 記第 2のリレー光学系の光軸に対して偏心させた偏心レンズ、 両凸レンズ、 屈折率分布型レンズ、 プラスチック非球面レンズ、 フレネルレンズぉよびプ リズム素子のいずれかである第 8の本 ¾明に記載の照明光学装置である。 また、 第 1 0の本発明 （請求項 1 0に対応） は、 前記偏心レンズは、 非球 面を有する第 9の本発明に記載の照明光学装置である。
また、 第 1 1の本発明 （請求項 1 1に対応） は、 前記被照明領域の入射側 近傍に照射角補正素子を備える第 7の本発明に記載の照明光学装置である。 また、 第 1 2の本発明 （請求項 1 2に対応） は、 第 1〜 6の本発明のいず れかに記載の照明光学装置と、
前'記第 2の発光面と実質上同位置に配置され、 映像信号に応じた光学象を 形成する空間変調素子と、 前記空間変調素子の光学像を投影する投射レンズとを備えた投射型表示装 置である。
また、 第 1 3の本発明 （請求項 1 3に対 J¾ は、 第 7〜 1 1の本発明のい ずれかに記載の照明光学装置と、 '
前記第 3の発光面と実質上同位置に配置され、 映像信号に応じた光学象を 形成する空間変調素子と、
前記空間変調素子の光学像を投影する投射レンズとを備えた投射型表示装 置である。
また、 第 1 4の本発明 （請求項 1 4に対応） は、 第 7〜 1 1の本発明のい ずれかに記載の照明光学装置と、
前記第 1の発光面と実質上同位置に配置され、 映像信号に応じた光学像を 形成する空間変調素子を備え、
前記第 1のリ レーレンズ系と前記第 2のリ レーレンズ系とは、 前記空間変 調素子の光学像を前記被照明領域上に配置されたスクリーンに投影する投射 型表示装置である。
また、 第 1 5の本発明 （請求項 1 5に対応） は、 前記第 1発光面の近傍に、 赤、 緑、 および青の光を選択的に透過するカラーホイルを円盤状に配列した 回転型カラーホイルを備え、
前記空間光変調素子を色順次駆動させる第 1 2の本発明に記載の投射型表 示装置である。
また、 第 1 6の本発明 （請求項 1 6に対応） は、 前記第 2発光面の近傍に、 赤、 緑、 および青の光を選択的に透過するカラーホイルを円盤状に配列した 回転型カラーホイルを備え、 前記空間光変調素子を色順次駆動させる第 1 3の本発明に記載の投射型表 示装置である。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1の実施形態における照明光学装置を示す略構成図で ある。
図 2'は、 図 1の偏心レンズの作用を説明する光路図である。
図 3は、 図 1のリ レーレンズの作用を説明する光路図である。
図 4は、
( a ) 本発明の第 2の実施の形態における照明光学装置を示す略構成図で ある。
( b ) 本発明の第 2の実施の形態の照明光学装置に用いられているフレネ ルレンズの拡大断面図である。
図 5は、 本発明の第 3の実施の形態における照明光学装置のを示す略構成 図である。
図 6は、 本発明の第 4の実施の形態における照明光学装置の略構成図であ る。
図 7は、 本発明の第 5の実施の形態における投写型表示装置のを示す略構 成図である。
図 8は、 本発明の第 6の実施の形態における投写型表示装置を示す略構成 図である。
図 9は、 (a) 従来の投写型表示装置の構成例を示す略構成図である。
(b) 微小反射ミラーの構成を示す略拡大構成図である。 符号の説明
光源 1、 41、 6 1
前置照明光学系 7、 67
光伝達素子 9、 69
第 1発光面 8、 45、 68
第 2発光面 10、 48、 70
第 3発光面 1 2、 50、 72
リ レー光学系 1 1、 71
被照明領域 1 3、 5 1、 73
集光光学系 42
第 1のリ レー光学系 46
第 2のリ レー光学系 49
空間光変調素子 92、 102
投写レンズ 93、 103
スクリーン 94、 04 発明を実施するための最良の形態
以下に、 本発明の実施の形態を図面を参照して説明する,
(第 1の実施の形態） '
まず、 第 1の実施の形態について説明する。 図 1は、 本発明の一実施の形態である照明光学装置における構成を示す図 である。
本実施の形態の照明光学装置は、 光源としてのランプ 1、 楕円面鏡 2、 U V - I カツ トフィルタ 3、 集光レンズ 4、 第 1 レンズ 5、 第 2 レンズ 6、 第 1発光面 8、 光伝達素子としての偏心レンズ 9、 第 2発光面 1 0、 リ レー 光学系としてのリレーレンズ 1 1、 第 3発光面 1 2、 被照明領域 1 3、 から 構成される。 ランプ 1から第 2 レンズ 6に至る光学系で前置照明光学系 7を 構成している。
次に、 このような本実施の形態の動作を説明する。
前置照明光学系, 7は、 ランプ 1から放射される光を効率よく集光し、 任意 形状の第 1発光面 8を形成する。 具体的には、 楕円面鏡 2の第 1焦点 F 1近 傍に配置されたランプ 1から放射される光は、 楕円面鏡 2で反射され、 U V 一 I Rカットフィルタ 3で紫外光、 赤外光成分が除去された後、 楕円面鏡 2 の第 2焦点 F 2近傍に集光される。
集光レンズ 4は、 その焦点位置が楕円面鏡 2の第 2焦点 F 2位置とおよそ 一致するように配置され、 凹面鏡 2の第 2焦点 F 2を通過した光を、 光軸 1 4に沿っておよそ平行に進行する光として出射させる。
第 1 レンズ 5は、 入射した平行光を第 2レンズ 6上に集光し、 第 2 レンズ 6は、 第 1 レンズ 5の主平面 5 aとおよそ共役な第 1発光面 7を形成する。 図 1に示すように第 1発光面 8は、 光軸 1 4に直交するように形成されてい る。 従って、 第 1 レンズ 5の開口を適切に設定すれば、 所望の形状の第 1発 光面 8を形成することができる。 第 1発光面 8の明るさ分布は、 第 1 レンズ 5の主平面 5 aとおよそ等価であり、 光軸 1 4に対しておよそ対称な明るさ 分布となる。
なお、 本実施の形態では、 第 1発光面 8は、 光軸 1 4に直交しているとし て説明.したが、 これに限らず第 1発光面 8は、 光軸 1 4に必ずしも直交して いなくてもよい。
さらに、 本実施の形態では、 第 1発光面 8の明るさ分布は、 光軸 1 4に対 しておよそ対象な分布になるとして説明したが、 これに限らず、 第 1の発光 面 8の明るさ分布は、 光軸 1 4に対して対称でなくともよレ、。
第 1発光面 8の入射側近傍には、 第 2 レンズ 6の光軸 1 4に対して偏心し た偏心レンズ 9が配置される。 偏心レシズ 9は、 第 2 レンズ 6から出射する 光を適切に屈折させて、 リ レーレンズ 1 1に有効に導く。 同時に、 リ レーレ ンズ 1 1で発生する明るさ傾斜を打ち消すような明るさ傾斜を第 1発光面 8 に与え、 リレーレンズ 1 1の光軸 1 5に対して傾斜した第 2発光面 1 0を形 成する。 リ レーレンズ 1 1は、 第 2発光面 1 0を通過した光を用いて、 光軸 1 5に対して第 2発光面 1 0とは反対方向に傾斜した第 3発光面 1 2を形成 し、 被照明領域 1 3を有効に照明する。 被照明領域 1 3上の明るさ分布は、 第 1発光面 8、 すなわち第 1 レンズ 5の主平面 5 aとおよそ等価であり、 光 軸に対しておよそ対称な明るさ分布となる。
以下、 上記構成における具体的な作用と効果について、 図 2、 図 3を用い て説明する。
図 2は、 偏心レンズ 9の作用を説明するための光路図である。 偏心レンズ 9は、 光線の入射側が非球面、 出射側が平面の非球面ガラスレンズであり、 第 2 レンズ 6から出射する光をリレーレンズ 1 1に有効に入射させるととも に、 第 1発光面 7とは異なる明るさ分布を持った第 2発光面 1 0を形成する c 具体的に、 偏心レンズ 9の光軸 21は、 リ レーレンズ 1 1の光軸 1 5とお よそ平行で、 かつ第 2レンズ 6の主点 6 a近傍を通過するように、 光軸 14 に対して適切に偏心されている。 従って、 第 2レンズ 6の主点 6 aを通過し て偏心レンズ 9に入射した光は、 リ レーレンズ 1 1の光軸 1 5に沿っておよ そ平行に進行する光として出射される。 これにより、 第 2レンズを通過した 光を、 リレーレンズに有効に入射させることができる。
偏心レンズ 9は、 第 2レンズ 6の光軸 14上に形成される第 1発光面 8に 明るさの傾斜を与え、 それとは異なる位置に第 2発光面 10を形成する。 第 2発光面 1 0は、 リレーレンズ 1 1の光軸 1 5に対して所定の傾きを持って 配置されるとともに、 第 1発光面 8、 すなわち第 1レンズ 5の主平面 5 a上 の明るさ分布とは異なった分布を有している。
明るさ分布の違いをわかり易く説明するために、 第 1レンズ 5に入射する 平行光束 20を等間隔に分割し、 分割後の光線を L l、 L 2、 L 3、 L 4、 L 5とする。 光線 L 3は第 2レンズ 6の光軸 14に相当する。 また、 分割後 の各光線の間隔を S l、 S 2、 S 3、 S 4とする。 主平面 5 a上における各 光線の間隔は等しく、 S 1 = S 2 = S 3 = S 4、 である。
第 1レンズ 5の主平面 5 aを通過した光線 L 1は、 第 2レンズ 6の主点 6 aを通過し、 偏心レンズ 9で屈折された後、 リ レーレンズ 1 1の光軸 1 5に 沿っておよそ平行に進行する光となって第 2発光面 1 0上の点 P 1に到達す る。 光線 L 2、 L 3、 L4、 L 5についても同様に、 リ レーレンズ 1 1の光 軸 15に沿っておよそ平行に進行する光となって第 2発光面 10上の点 P 2、 P 3、 P 4、 P 5に達する。
ここで、 第 2発光面 10上の光線 L 1、 L 2、 L 3、 L 4、 L 5の間隔を S l'、 S 2'、 S 3'、 S 4'とすると、 S 4'> S 3'> S 2'> S 1 '、 となる。 主平面 5 a上の S 1内に含まれる光線は、 第 2発光面 10上の S 1'内に含 まれる。 同様に、 主平面 5 a上の S 2、 S 3、 S 4内に含まれる光線は、 第
2発光面 1 0上の S 2'、 S 3'、 S 4'内に含まれる。 従って、 偏心レンズ 9 は、 主平面 5 a上の光束密度分布に傾斜を与え、 光軸 1 5に対して非対称な 明るさ分布を有する第 2発光面 1 0を形成することがわかる。
■ 図 3は、 リ レーレンズ 1 1の作用を説明するための光路図である。
リレーレンズ 1 1は、 第 2発光面 10とおよそ共役な第 3発光面 1 2を被照 明領域 1 3の近傍に形成する。 この時、 第 2発光面 10と第 3発光面 1 2と は、 リレーレンズ 1 1の光軸 1 5に対していずれも傾斜して配置される。 この関係を幾何光学的に説明すると、 第 2発光面 10と第 3発光面 1 2と はリレーレンズ 1 1の結像位置 A 1、 A 2に配置され、 第 2発光面 10の延 長線 3 1と第 3発光面 12の延長線 3 2とが、 リレーレンズ 1 1の主点 1 1 aを通り、 かつ光軸 1 5に垂直な線 33上の点 Oで交わる。 このよ うな位置 関係を満たすことにより、 光軸 1 5に対して傾斜した第 2発光面 1 0を第 3 発光面 1 2に結像させることができる。 これは、 所謂、 「シャインプルーフ の関係則」 と呼ばれ、 傾斜物体に対して必要十分な結像条件を与える。
次に、 第 2発光面 1 0上の明るさ分布が、 第 3発光面 1 2土でどのように 変化するか説明する。
点 P 1からリレーレンズ 1 1の主点 1 1 aを通過し、 第 3発光面 1 2に到 達する光を L 1'とする。 同様に、 点 P 2、 P 3、 P4、 P 5からリレーレ ンズ 1 1の主点 1 1 aを通過し、 第 3発光面 1 2に到達する光をそれぞれ L 2'、 L 3'、 L4'、 L 5'とする。 図 2で示したように、 各点の間隔は S 4' > S 3 ' > S 2 '〉 S l '、 である。 これに対して、 第 3発光面 1 2上の各光線 の間隔を S l "、 S 2 S 3 "、 S 4 "とすると、 S 1 " = S 2 " = S 3 " = S 4 "、 となる。 これは、 第 3発光面 1 2上の明るさ分布が、 第 2発光面 1 0 上の明るさ分布と異なっていることを意味する。 同時に、 リ レーレンズ 1 1 で発生する明るさ 傾斜を打ち消すような明るさの分布を第 2発光面 1 0に 与えておけば、 被照明領域 1 3を斜めから照明する場合あっても、 光軸 1 5 に対しておよそ対称な明るさ分布が得られることがわかる。
上記を実現するために、 理想的には、 偏心レンズ 9の焦点距離は、 その焦 点位置が第 2 レンズ 6の主点 6 aとおよそ一致するように設定すればよい。 また、 偏心レンズ 9の偏心量は、 その光軸 2 1がリ レーレンズ 1 1の光軸 1 5とおよそ並行になるように設定すればよい。
上記構成によれば、 偏心レンズ 9は、 前置照明光学系 7の形成する第 1発 光面 8の明るさ分布に傾斜を与え、 しかもその傾斜がリレーレンズ 1 1で発 生する明るさ傾斜をおよそ打ち消すように設定される。 これにより、 リ レー レンズ 1 1の光軸 1 5に対して傾斜した被照明領域 1 3の明るさ分布は、 前 置照明光学系 7の形成する第 1発光面 8の明るさ分布とおよそ等しくするこ とができる。 例えば、 前置照明光学系 7によって明るさの均一な第 1発光面 8を形成することによって、 被照明領域 1 3の明るさ分布をおよそ均一にす ることができる。 ' ·
また、 第 2発光面 1 0の近傍に偏心レンズ 9を配置しても、 被照明領域 1 3上に不要な影やモアレ縞を発生することが無いという利点がある。
なお、 本実施の形態の第 2の発光面は本発明の第 1の発光面の例であり、 本実施の形態の第 3の発光面は本発明の第 2の発光面の例である。 さらに、 本発明の前置照明光学系は、 本実施の形態における図 1に示した 構成を有する前置照明光学系 7に限らない。 要するに本発明の前置照明光学 系は、 ランプの放射する光を集光して、 所定の発光面を形成するものであり さえすればよい。
さらに、 本発明の第 1の発光面は、 本実施の形態における第 1発光面 1 0 のように、 光軸 1 4に直交しているものに限らず、 光軸 1 4に必ずしも直交 していなくてもよい。 また、 明るさ分布も光軸 1 4に対して対称である必要 は無なく、 光軸 1 4に対して非対称な明るさ分布をもっていてもよい。 要す るに、 上記作用を満たすように偏心レンズが設定されていれば同等の効果を 得ることができる。
さらに、 本発明の光伝達素子は、 本実施の形態における偏心レンズ 9のよ うに、 その形状、 及び偏心量は上記条件を満たすものに限らない。 要するに 本発明の光伝達素子は、 入射光を屈折させて、 リ レーレンズで発生する明る さ傾斜をおよそ打ち消すことのできる第 2発光面を形成する、 といった作用 を有するものでありさえすればよい。 また、 本発明の光伝達素子は、 本実施 の形態における偏心レンズのように出射光を平行光にするものに限らず、 出 射光を平行光にしないものなど、 要するに、 本発明の光伝達素子は、 第 2発 光面に所望の明るさ傾斜を与え、 かつ第 2 レンズから出射する光の広がりを 低減してリレーレンズに有効に入射させさえすればよい。
さらに、 本発明の光伝達素子は、 本実施の形態における偏心レンズ 9に限 らず、 両凸レンズ、 屈折率分布型レンズ、 プラスチック非球面レンズ、 フレ ネルレンズ等を用いてもよ.い。 また、 場合によってはプリズム素子等を用い ることもできる。 . さらに、 本実施の形態の第 1 レンズ 5の主平面 5 aと第 2発光面 1 0とは 共役である必要は無い。 例えば、 偏心レンズの出射側に視野絞りを配置して 第 2発光面を形成すればよい。
さらに、 本発明のリ レー光学系は、 本実施の形態におけるリ レーレンズ 1 1に限らず、 複数のレンズで構成したものなど、 要するに本発明のリ レー光 学系は、 第 2発光面と第 3発光面をおよそ共役関係にするものでありさえす ればよい。
さらに、 本実施の形態における第 2発光面 1 0はリ レーレンズ 1 1の光軸 に対して傾斜して配置しているが、 これは収差を十分に補正したリレーレン ズの例を示したものであって、 例えば、 像面湾曲の大きなリ レーレンズを用 いる場合等は、 その収差に合わせてリレーレンズの最適結像面を第 2発光面 に設定すれば良く、 場合によっては、 第 2発光面を光軸に垂直となるよう配 置しても良い。
以上のように、 図 1に示す構成を用いれば、 偏心レンズを配置することに よって、 斜め照明の課題であった図形歪や明るさむらを低減し、 被照明領域 の傾斜方向に対レて明るさ傾斜の少ない照明光学装置を実現することができ る。
(第 2の実施の形態）
次に、 第 2の実施の形態について説明する。
図 4 ( a ) は、 本発明の一実施の形態である照明光学装置における構成を 示す図である。
本実施の形態の照明光学装置は、 光源としてのランプ 4 1、 集光光学系と しての放物面鏡 4 2、 U V— I Rカットフィルタ 4 3、 第 1の光路折り曲げ 素子としての第 1フレネルレンズ 4 4、 第 1発光面 4 5、 第 1のリ レーレン ズ系としての第 1 ]) レーレンズ 4 6、 第 2の光路折り曲げ素子としての第 2 フレネルレンズ 4 7、 第 2発光面 4 8、 第 2のリ レーレンズ系としての第 2 リ レーレンズ 4 9、 第 3発光面 5 0、 被照明領域 5 1、 から構成される。 ランプ 4 1の放射する光は、 放物面鏡 4 2で集光され、 U V— I Rカット フィルタ 4 3によって紫外光、 赤外光成分が除去される。 第 1フレネノレレン ズに入射した平行光は集光され、 第 1発光面 4 5を形成する。
第 1リレーレンズ 4 6は、 光軸 5 3に対して傾斜した第 1発光面 4 5と第 2発光面 4 7とを互いに共役とせしめる。 具体的に、 第 1発光面 4 5と第 2 発光面 4 7とは第 1 リ レーレンズ 4 6の結像位置 B 1、 B 2に配置され、 第 1発光面 4 5の延長線 5 5と第 2発光面 4 8の延長線 5 7とが、 第 1 リ レー レンズ 4 6の主点 4 6 aを通り、 かつ光軸 5 3に垂直な線 5 6上の点 Qで交 わる。
第 2リレーレンズ 4 9は、 その光軸 5 4に対して傾斜した第 2発光面 4 8 と第 3発光面 5 0を互いに共役とせしめる。 具体的に、 第 2発光面 4 8と第 3発光面 5 0とは第 2リレーレンズ 4 9の結像位置 C 1、 C 2に配置され、 第 2発光面 4 8の延長線 5 7と第 3発光面 5 0の延長線 5 9と力 S、 第 2 リ レ 一レンズ 4 9の主点 4 9 aを通り、 かつ光軸 5 4に垂直な線 5 8上の点 Qで 交わる。
なお、 図 4 ( a ) .では、 延長線 5 6と延長線 5 8とが同一の点 Qで交わる 例を示したが、 その必要は無い。
第 1フレネルレンズ 4 4は、 図 4 ( b ) に拡大断面図を示すように、 放物 面鏡 4 2から出射する平行光を第 1 リ レーレンズ 4 6の主点 4 6 aに集光す る。 それゆえ、 第 1フレネルレンズ 4 4は、 放物面鏡 4 2の光軸 5 2に対し て偏心させている。 具体的に、 第 1フレネルレンズ 4 4の光軸 4 4 aが放物 面鏡 4 2の光軸 5 2とおよそ平行で、 かつ第 1 リ レーレンズ 4 6の主点 4 6 aを通過するように偏心している。
第 2フレネルレンズ 4 7は、 第 1リレーレンズ 4 6から出射する光を第 2 リレーレンズ 4 9に有効に入射させるために用いる。 具体的に第 2フレネル レンズ 4 7は、 入射側の焦点位置が第 1 リレーレンズ 4 6の主点 4 6 a近傍 に、 また出射側の焦点位置が第 2リレーレンズ 4 9の主点 4 9 a近傍になる よう、 偏心している。 、
上記構成によれば、 第 2 リ レーレンズ 4 9で発生する明るざの傾斜を、 第 1 リ レーレンズ 4 6で発生する明るさの傾斜によって打ち消すことができる c これによつて、 第 3発光面 5 0の明るさ分布と第 1発光面 4 5の明るさ分布 をおよそ等しくすることができる。
また、 第 2発光面 1 0の近傍に偏心レンズ 9を配置しても、 被照明領域 1 3上に不要な影やモアレ縞を発生することが無いという利点がある。
なお、 本発明の光路折り曲げ手段は、 本実施の形態における第 1フレネル レンズ 4 4、 第 2フレネルレンズ 4 7のように、 形状、 偏心量は上記条件を 満たすものに限らず、 要するに本発明の光路折り曲げ手段は、 入射光を屈折 させて、 第 2リレ レンズで発生する明るさ傾斜をおよそ打ち消すことので きる第 2発光面を形成する、 といった作用を有するものでありさえすればよ い。 また、 本発明の光路折り曲げ手段は、 本実施の形態の第 1フレネルレン ズ 4 4及ぴ第 2フレネルレンズ 4 7のように出射光を平行光にするものに限 らず、 出射光を平行光にする必要は無く、 要するに本実施の形態の光路折り 曲げ手段は、 第 2発光面に所望の明るさ傾斜を与え、 かつ第 2レンズから出 射する光の広がりを低減してリレーレンズに有効に入射せしめさせすればよ い。
さらに、 本発明の光路折り曲げ手段は、 本実施の形態における第 1フレネ ルレンズ 4 4及び第 2フレネルレンズ 4 7に限らず、 偏心レンズは、 両凸レ ンズ、 屈折率分布型レンズ、 プラスチック非球面レンズ、 また、 場合によつ てはプリズム素子等を用いてもよい。
さらに、 本発明の第 1のリ レー光学系は、 本実施の形態における第 1 リ レ 一レンズ 4 6に限らず、 複数のレンズで構成するものであってもよい。 要す るに本発明の第 1のリレー光学系は、 第 1発光面と第 2発光面とをおよそ共 役関係にせしめるものでありさえすればよい。
さらに、 本発明の第 2のリ レー光学系は、 本実施の形態における第 2 リ レ 一レンズ 4 9に限らず、 複数のレンズで構成したものであってもよい。 要す るに本発明の第 2のリレー光学系は、 第 2発光面と第 3発光面をおよそ共役 関係にせしめるものでありさえすればよい。
以上のように、 図 4に示す構成を用いれば、 シャインプルーフの条件則を 満たす 2つのリレー光学系を効率よく結合させることで、 斜め照明の課題で あつた図形歪や明るさむらを低減し、 被照明領域の傾斜方向に対して明るさ 傾斜が少なく、 ランプの放射光を有効に利用することのできる照明光学装置 を実現す'ることができる。
(第 3の実施形態）
次に第 3の実施の形態について説明する。
図 5は、 本発明の一実施の形態である照明光学装蘆の構成を示す図である。 本実施の形態の照明光学装置は、 光源としてのランプ 6 1、 放物面鏡 6 2、 U V— I Rカツトフィルタ 6 3、 第 1 レンズアレイ 6 4、 第 2 レンズアレイ
6 5、 補助レンズ 6 6、 第 1発光面 6 8、 光伝達素子としての偏心レンズ 6 9、 第 2発光面 7 0、 リ レー光学系としてのリ レーレンズ 7 1、 第 3発光面
7 2、 被照明領域 7 3、 から構成される。 ランプ 6 1から補助レンズ 6 6に 至る光学系で前置照明光学系 6 7を構成している。
次に、 このような本実施の形態の動作を説明する。
ランプ 6 1の放射する光は放物面鏡 6 2で反射され、 光軸 7 5に沿ってお よそ平行に進行する光に変換される。 放物面鏡 6 2から出射した光は、 U V 一 I Rカツ トフィルタ 6 3により紫外光、 赤外光成分が除去され、 第 1 レン ズァレイ 6 4に入射する。
第 1 レンズアレイ 6 4は、 第 1 レンズ 6 4を二次元状に配列して構成され る。 入射光束を複数の微少光束に分割し、 各々の微少光束を第 2 レンズァレ ィ 6 5上に集光する。 第 2レンズアレイ 6 5は、 第 1 レンズ 6 4と対をなす 第 2 レンズ 6 5 aを二次元状に配列して構成され、 対応する第 1 レンズ 6 4 aに入射した微少光束を拡大又は縮小して重畳形態で第 1発光面 6 8を形成 する。 明るさむら、'色むらの比較的小さな複数の微少光束を重畳した結果、 第 1発光面 6 8の明るさ分布は極めて均一になる。
補助レンズ 6 6は、 第 2レンズ 6 5 aを通過した光を第 1発光面 6 8上で 重畳するために用いている。
上記第 1の実施の形態で説明した作用と同等の作用により、 偏心レンズ 6 9は、 第 1発光面 6 8の明るさ分布に対して、 リ レーレンズ 7 1で発生する 明るさ傾斜を打ち消す方向の明るさを与えた第 2発光面 7 0を形成する。，第 2発光面 7 0は、 リレーレンズ 7 1によって被照明領域 7 3の近傍に第 3発 光面 7 2を形成する。
第 3発光面 7 3の明るさ分布は、 複数の第 1レンズ 6 4 aと第 2レンズ 6 5 aによって得られる明るさ分布を重畳して得られるので、 極めて均一とな る。
なお、 捕助レンズを用いる代わりに、 適切に偏心させた第 2レンズを二次 元上に配列して、 第 2レンズァレイ 6 5を構成しても良い。
以上のように、 図 5に示す構成を用いれば、 光軸に対して傾斜して配置さ れた被照明領域を均一に照明できる照明光学装置を実現することができる。
(第' 4の実施の形態）
次に、 第 4の実施の形態について説明する。
図 6は、 本発明の一実施の形態である照明光学装置の構成を示す図である c 照射角補正レンズ 8 1以外は、 図 5に示した構成と同一である。
照射角補正レンズ 8 1は、 第 3発光面 7 2を形成する光に作用し、 入射光 を光軸 7 4に沿っておよそ平行に進行する光として出射せしめる。 従って、 被照明領域には所 の角度をもった平行光束が入射する。
これは、 例えば、 光の入射角に応じて透過率や反射率の異なる空間光変調 素子を照明する場合などに有効である。
なお、 照射角補正レンズ 8 1の発生する収差は、 リ レーレンズ 7 1で補正 すると良い。
以上のように、 図 6に示す構成を用いれば、 光軸に対して傾斜して配置さ れた被照明領域を所定の角度を持った平行光束で均一に照明することのでき る照明光学装置を実現することができる。 (第 5の実施の形態）
次に、 第 5の実施の形態について説明する。
図 7は、 本発明の一実施の形態である投写型表示装置の構成を示す図であ る。
本実施の形態の投射型表示装置は、 照明光学装置 9 1、 反射型液晶パネル 9 2、 投写レンズ 9 3、 スクリーン 9 4、 から構成される。
照明光学装置 9 1は、 図 6に示した照明光学装置と同一である。 照明光学 装置 9 1は、 第 4の実施の形態に説明した作用により、 均一性の高い平行光 束を形成し、 反射型液晶パネル 9 2を照明する。 反射型液晶パネル 9 2は、 映像信号に応じて入射光を変調し反射させることで、 光学像を形成する。 反 射型液晶パネル 9 2上の光学像は、 投写レンズ 9 3によりスク リーン 9 4上 に投影される。
投写レンズ 9 3は、 照射角補正レンズ 8 1の発生する収差を十分補正して あり、 反射型液晶パネル 9 2上の光学卑を高い解像度でスク リーン 9 4上に 結像させることができる。
照射角補正レンズ 8 1を配置することで、 反射型液晶パネル 9 2で反射さ れた光の広がりを小さく して投写レンズに入射させることができるので、 投 写レンズを小型化できる利点がある。
また、 第 1 レンズァレイ 6 4上の第 1 レンズ 6 4 aの開口形状を、 液晶パ ネル 9 2の有効表示領域とおよそ相似形状にすれば、 液晶パネル 9 2の有効 表示領域以外を照明する不要光を低減できるので、 投写画像のコントラス ト が向上する。
また、 反射型の空間光変調素子を照明する場合は、 照射角補正レンズ 8 1 を空間光変調素子 9 2側に凸面を設けた平凸レンズとすればよい。 不要反射 光の空間光変調素子 9 2への不要反射光の再入射を防止し、 よりコントラス トが向上する。
また、 赤、 緑、 青のカラーフィルタを円盤状に配列したカラーホイル等を 用いて色順次表示を行う場合は、 カラーホイルを第 2発光面 7 0の近傍に配 置すればよい。 第 2発光面 7 0の近傍では、 幅の小さな平行光束を形成する ことができるので、 カラーフィルタの入射角依存による波長シフトが低減さ れる。
なお、 本発明の空間光変調素子は、 本実施の形態の反射型液晶パネル 9 2 に限らず、 透過型の液晶パネルや、 複数の微小ミラーにより光を変調するミ ラー型デバイスであってもよい。
さらに、 投写型表示装置としてはフロント二体型、 リア一体型、 いずれの 構成であっても本発明の効果を得ることができる。
さらに、 照明光学装置として、 図 1、 図 5に示した照明光学装置を用いて も同様の効果が得られる。
以上のように、 図 7に示す構成を用いれば、 光軸に対して傾斜した空間光 変調素子を効率よく、 しかも均一に照明することができるので、 明るく、 高 画質な画像を得ることのできる投写型表示装置を実現することができる。
(第 6の実施の形態）
次に、 第 6の実施の形態について説明する。
図 8は、 本発明の一実施の形態である投写型表示装置の構成を示す図であ る。
本実施の形態の投射型表示装置は、 照明光学装置 1 0 1、 反射型液晶パネ ル 1 0 2、 投写レンズ 1 0 3、 スクリーン 1 0 4、 力、ら構成される。
照明光学装置 1 0 1は、 図 4に示した照明光学装置と同一である。 反射型 液晶パネル 1 0 2は、 照明光学装置 1 0 1によって形成される明るさ傾斜の 無い、 平行光束によって照明される。 反射型液晶パネル 1 0 2上に形成され る光学像は、 投写レンズ 1 0 3によってスクリーン 1 0 4上に投影される。 投写レンズ 1 0 3は、 十分大きなイメージサークルを有し、 軸ずらし投影 が可能である。 これにより、 スクリーン 1 0 4上に歪を生じることなく、 斜 め投影が可能になる。
以上のように、 図 8に示す構成を用いれば、 光軸に対して傾斜した空間光 変調素子 1 0 2を効率よく、 しかも均一に照明することができるので、 明る く、 高画質な画像を得ることのできる投写型表示装置を実現することができ る。 . - なお、 図 4で示した第 2の実施の形態の照明光学装置の第 1発光面 4 5と 実質上同位置に透過型液晶パネルを設けることにより投射型表示装置を実現 することが出来る。 ただし、 この透過型液晶パネルは、 映像信号に応じて入 射光を変調して透過させることで、 光学像を形成するものであり、 第 1のリ レーレンズ 4 6およぴ第 2のリ レーレンズ 4 9は、 この液晶パネルが形成し た光学像を第 3の発光面 5 0に配置されたスクリーンに投影する投影レンズ としても機能する。
このように本実施の形態によれば、 光軸に対して傾斜した被照明領域を照 明する場合であっても、 その傾斜方向 に明るさの傾斜が無く、 ランプの放 射する光を効率よく集光して被照明領域を照明することのできる照明光学装 置を実現できる。 また、 明るさむらのない明るい画像を高画質で表示することのできる投写 型表示装置を実現できる。 産業上の利用可能性
以上説明したところから明らかなように、 本発明は、 光路折り曲げ手段の' 微小反射ミラーのエッジ部等がスクリーンに結像されてしまわない照明光学 装置及び投射型表示装置を提供することが出来る。
また、 本発明は、 光軸に対して非対称な明るさ分布を持った画像がスクリ ーン上に形成されてしまわない照明光学装置及び投射型表示装置を提供する ことが出来る。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 光軸に対して斜めに傾いた被照明領域を照明する照明光学装置であ つて、
光源と、
前記光源が放射する光を集光する前置照明光学系と、
前記集光された光束を入射して第 1の発光面を形成する光伝達素子と、 前記第 1の発光面を通過する光を用いて前記被照明領域上に第 2の発光面 を形成するリ レー光学系とを備え、
前記リレー光学系は、 前記リレー光学系の光軸に対して傾いた前記第 1の 発光面と前記第 2の発光面を互いに実質上共役とし、
前記光伝達素子は、 出射光束が前記リレー光学系に有効に入射するように、 前記入射光束の進行方向を校正して第 1の発光面を形成すると共に、 前記第 1の発行面が前記リレー光学系で生じる明るさの傾斜を打ち消す方向の明る さの傾斜を有するように前記第 1の発行面を形成する照明光学装置。
2 . 前記前置照明光学系は、 前記集光された光束の明るさ分布を実質上 均一にする光学ィンテグレータ素子を備えた請求項 1記載の照明光学装置。
3 . 前記光学インテグレータ素子は、 第 1 レンズアレイと第 2 レンズァ レイから構成される請求項 2記載の照明光学装置。
4 . 前記光伝達素子は、 前記前置照明光学系の光軸に対して偏心させた 偏心レンズ、 両凸レンズ、 屈折率分布型レンズ、 プラスチック非球面レンズ、 フレネルレンズおよびプリズム素子のいずれかである請求項 1記載の照明光
5 . 前記偏心レンズは、 非球面を有する請求項 4記載の照明光学装置。
6 . 前記被照明領域の入射側近傍に照射角補正素子を備える請求項 1記 載の照明光学装置。
7 . 光軸に対して斜めに傾いた被照明領域を照明する照明光学装置であ つて、
光源と、
光源の放射する光を集光して単一光束を形成し、 その光軸に対し実質上直 交する第 1の発光面を形成する集光光学系と、
前記第 1の発光面を通過する光を用いて第 2の発光面を形成する第 1のリ レー光学系と、
前記第 2の発光面を通過する光を用いて被照明領域上に第 3の発光面を形 成する 2のリレー光学系とを備え、
前記第 1のリレー光学系は、 前記第 1のリレー光学系の光軸に対して傾い た前記第 1の発光面と前記第 2の発光面を互いに実質上共役とし、
前記第 2のリレー光学系は、 前記第 2のリレー光学系の光軸に対して傾い た前記第 2の発光面と前記第 3の発光面を互いに実質上共役とし、
前記第 1 .のリレー光学系は、 前記第 2のリレー光学系で生じる明るさの傾 斜を打ち消す方向の明るさ傾斜を前記第 1の発光面に与えて前記第 2の発光 面を形成する照明光学装置。
8 . 前記第 1発光面の近傍、 又は前記第 2発光面の近傍の少なくともい ずれかに光路を折り曲げるための光路折り曲げ手段を配置する請求項 7記載 の照明光学装置。
9 . 前記光路折り曲げ手段は、 前記第 1の発光面を形成する集光光学系 の光軸に対して偏心させた、 または前記第 2のリ レー光学系の光軸に対して 偏心させた偏心レンズ、 両凸レンズ、 屈折率分布型レンズ、 プラスチック非 球面レンズ、 フレネノレレンズおよびプリズム素子のいずれかである請求項 8 記載の照明光学装置。
1 0 . 前記偏心レンズは、 非球面を有する請求項 9記載の照明光学装置。
1 1 . 前記被照明領域の入射側近傍に照射角補正素子を備える請求項 7記 載の照明光学装置。
1 2 . 請求項 1〜6のいずれかに記載の照明光学装置と、
前記第 2の発光面と実質上同位置に配置され、 映像信号に応じた光学象を 形成する空間変調素子と、
前記空間変調素子の光学像を投影する投射レンズとを備えた投射型表示装 置。
1 3 . 請求項 7〜 1 1のいずれかに記載の照明光学装置と、
前記第 3の発光面と実質上同位置に配置され、 映像信号に応じた光学象を 形成する空間変調素子と、
前記空間変調素子の光学像を投影する投射レンズとを備えた投射型表示装 置。 . ，
1 4 . 請求項 7〜 1 1のいずれかに記載の照明光学装置と、
前記第 1の発光面と実質上同位置に配置され、 映像信号に応じた光学像を 形成する空間変調素子を備え、
前記第 1のリ レーレンズ系と前記第 2のリ レーレンズ系とは、 前記空間変 調素子の光学像を前記被照明領域上に配置されたスクリーンに投影する投射 型表示装置。
1 5 . 前記第 1発光面の近傍に、 赤、 緑、 および青の光を選択的に透過す るカラーホイルを円盤状に配列した回転型カラーホイルを備え、
前記空間光変調素子を色順次駆動させる請求項 1 2記載の投射型表示装置 1 6 . 前記第 2発光面の近傍に、 赤、 緑、 および青の光を選択的に透過す るカラーホイルを円盤状に配列した回転型カラーホイルを備え、
前記空間光変調素子を色順次駆動させる請求項 1 3記載の投射型表示装置 c
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