JP2001091894A

JP2001091894A - 表示光学装置

Info

Publication number: JP2001091894A
Application number: JP26645999A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Hayashi; 宏太郎林
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2001-04-06

Abstract

(57)【要約】【課題】画素ピッチが細かい表示パネルにおいても、効
率の良い構成が可能な、高解像度の表示光学装置を提供
する。【解決手段】光源からの光を所定の波長領域毎に異なっ
た方向に分離し、その分離された照明光としての光を連
続的に或いは微小ピッチでシフトして、表示パネルに照
明する照明光学系を備え、前記照明光はＲＧＢ３色の光
が交互に複数配列され、各同一色の光が前記表示パネル
の隣合った複数個の画素を照明する表示光学装置におい
て、前記照明光学系は、光源像を規制する開口部を有す
るマスク板を備え、そのマスク板以降に光源からの光を
所定の波長領域毎に異なった方向に分離する色分解光学
系を設けた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型表示パネル
の画像を投影する表示光学装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、映像を表示する方法の一つと
して、例えば投影型の表示光学装置が知られている。こ
のような表示光学装置においては、反射型液晶表示パネ
ル等の、いわゆる反射型表示パネルが最近では主に用い
られている。そして、このような反射型表示パネル上の
光学像を、効率よく均一に照明するために、照明光学系
が用いられており、また、照明光学系からの照明光を反
射型表示パネルへと導くために、反射型表示パネル直前
に配置したマイクロレンズアレイ等が用いられている。

【０００３】具体的には、例えば反射型表示パネルをい
わゆる単板として、画素毎にＲ用，Ｇ用，Ｂ用を順次並
べたものを用い、照明光を予めＲＧＢに色分割したもの
を、角度をＲＧＢ毎に変えて１絵素（１絵素とは表示パ
ネル上のＲＧＢ３画素を１組としたもの）或いは複数絵
素ずつマイクロレンズアレイ上の各マイクロレンズに入
射させ、それぞれ反射型表示パネルのＲ用，Ｇ用，Ｂ用
の画素に集光するようにしている。

【０００４】図２２は、従来の一例であるマイクロレン
ズアレイと表示パネルとの関係を模式的に示す図であ
る。これは、特開平４−６０５３８号公報に記載されて
いる如く、単板方式で表示パネルに透過型液晶を用いた
プロジェクター光学系に採用されているものである。こ
こでは表示パネル１６を単板とし、画素毎にＲ用，Ｇ
用，Ｂ用を順次並べており、後述する光源１からの光９
を予めＲＧＢに色分割したものを、角度をＲＧＢ毎に変
えて１絵素ずつマイクロレンズアレイ６１の各マイクロ
レンズ６１ａに入射させ、それぞれ表示パネル１６のＲ
用，Ｇ用，Ｂ用の画素に集光するようにしている。これ
により、効率の良い照明を行う事ができる。尚、同図の
マイクロレンズアレイ６１及び表示パネル１６の左右
は、図示を省略している。

【０００５】図２３は、特開平９−３１８９０４号公報
に記載されている、従来の他の例であるマイクロレンズ
アレイと表示パネルとの関係を模式的に示す図である。
同図に示すように、ここではマイクロレンズアレイ６２
のマイクロレンズ６２ａ一つ当たり、光源１からの光９
をＲＧＢ３つではなくＲＧＢＲＧＢ…の順の複数絵素の
光束にして入射させ、それぞれ表示パネル１６のＲ用，
Ｇ用，Ｂ用の画素に集光するようにしている。尚、同図
のマイクロレンズアレイ６２及び表示パネル１６の左右
は、図示を省略している。

【０００６】尚、このようなＲＧＢ順に並んだ画素を持
つ表示パネルにおいては、いわゆる単板方式でありなが
ら、画素数を増やす事なくいわゆる３板方式と同等の解
像度のカラー表示を行える事が望ましい。このため、従
来より、ＲＧＢが順にずれるよう、３サイクルを時間的
に重ね合わせる、いわゆる色画素時分割方式が行われて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
２２で示した従来の一例のような構成では、表示パネル
として用いられる最近の液晶表示パネルは画素ピッチが
細かいため、効率の良い構成とするためには、マイクロ
レンズ６１ａと表示パネル１６の各画素との間隔が非常
に短くなり、現実には構成不可能となる。具体的には、
最近の液晶表示パネルは、高画素化のため画素ピッチが
１０〜２０μｍとなっている。

【０００８】従来の一例のマイクロレンズアレイ６１の
ように、表示パネル１６の各画素をＲＧＢそれぞれ１つ
の光束で照明する場合、マイクロレンズ６１ａと表示パ
ネル１６の各画素との間は、１００μｍ以下の距離とな
り、実質的にこれらの作成が不可能である。たとえ実際
に作成できたとしても、マイクロレンズの曲率が大き
く、収差等が生じて良好な照明ができない。

【０００９】これらの問題を解決するために、上記図２
３で示した従来の他の例が有効であるが、このような構
成においては、色分割された光束の間隔は、ここでは図
示しないレンズアレイによる１段のインテグレータによ
り予め設定されるため、画面中央に対する周辺等の、大
きなスパンでの照明ムラをなくすためには、レンズアレ
イは相当細かく分割しなければならず、例えば分割の粗
い長辺方向でも、４〜７分割以上は必要となる。この場
合、逆にマイクロレンズ６２ａと表示パネル１６の各画
素が大きく離れてしまい、マイクロレンズ６２ａ個々の
Ｆナンバーが回折限界以下の暗さとなるため、うまく集
光しない。

【００１０】具体的には、レンズアレイによるインテグ
レータにより、予め光源１からの光９をＲＧＢＲＧＢ…
の光束に分けた場合、マイクロレンズ６２ａと表示パネ
ル１６の各画素との間は、５００〜８００μｍ程度と大
きくなるが、各マイクロレンズ６２ａのＦナンバーはＦ
２０以上となり、回折による結像のボケ量（１．２２×
波長λ×Ｆナンバー）が十数ミクロンとなって、画素ピ
ッチと同等になってしまう。このとき、それぞれ細かく
分割したＲＧＢの光束は、実質的には画素面上で各画素
からはみ出してしまい、色純度の低下や効率の大幅なダ
ウンを引き起こす。

【００１１】また、一般的にも、１絵素当たりに一つの
マイクロレンズを持つマイクロレンズアレイを表示パネ
ル直前に置いた場合、マイクロレンズアレイのＦナンバ
ーが暗く、画素に結像するよりも回折で像がボケる方が
大きくなり、返って非効率となる。そして、複数絵素当
たりに一つのマイクロレンズを持つマイクロレンズアレ
イの場合（特開平９−３１８９０４号公報に記載された
実施例は殆どこれである）、近接する絵素間に寄与する
光源像が異なるため、光源像の明るさの差が、隣合う絵
素間といった小さいスパンでの照明ムラを発生する。

【００１２】本発明は、画素ピッチが細かい表示パネル
においても、効率の良い構成が可能な、高解像度の表示
光学装置を提供する事を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光源からの光を所定の波長領域毎に異
なった方向に分離し、その分離された照明光としての光
を連続的に或いは微小ピッチでシフトして、表示パネル
に照明する照明光学系を備え、前記照明光はＲＧＢ３色
の光が交互に複数配列され、各同一色の光が前記表示パ
ネルの隣合った複数個の画素を照明する表示光学装置に
おいて、前記照明光学系は、光源像を規制する開口部を
有するマスク板を備え、そのマスク板以降に光源からの
光を所定の波長領域毎に異なった方向に分離する色分解
光学系を設けた請求項１の構成とする。

【００１４】また、前記開口部は複数である請求項１に
記載の請求項２の構成とする。

【００１５】また、前記照明光学系は、レンズアレイよ
り成るインテグレータを備え、前記開口部がそのレンズ
アレイの各セルの開口幅を規制するように前記マスク板
を配置した請求項１又は請求項２に記載の請求項３の構
成とする。

【００１６】また、前記各セルの開口幅は、その各セル
の全幅の３分の１以下である請求項３に記載の請求項４
の構成とする。

【００１７】また、前記各セルの開口幅は、前記レンズ
アレイの周辺に近いほど狭くなる請求項３又は請求項４
に記載の請求項５の構成とする。

【００１８】また、前記マスク板の開口部に濃度フィル
ターを用いた請求項１〜請求項５のいずれかに記載の請
求項６の構成とする。

【００１９】また、前記マスク板の開口部の幅を調節可
能とした請求項１〜請求項５のいずれかに記載の請求項
７の構成とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第
１の実施形態の表示光学装置を模式的に示す構成図であ
る。各部の配置は本来３次元的なものであるが、理解を
助けるために、平面状に記載している。同図において、
１は光源であり、２は光源１を取り囲むように配置され
るリフレクターである。また、７はリフレクター２の光
の射出口２ａを覆うように配置され、光源１及びリフレ
クター２からの光に含まれる紫外線及び赤外線をカット
するＵＶＩＲカットフィルターである。

【００２１】ＵＶＩＲカットフィルター７の後方（図の
下方）には、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）それぞれの
波長領域の光を反射するダイクロイックミラーＲ_m，
Ｇ_m，Ｂ_mがそれぞれ異なった傾きで配置されている。そ
して、光軸ＬでＵＶＩＲカットフィルター７を透過して
きた光９が、Ｒ_m，Ｇ_m，Ｂ_mそれぞれのダイクロイック
ミラーで反射され、それぞれ異なった角度の光軸Ｌ_R，
Ｌ_G，Ｌ_Bで後方（図の右方）に配置された第１レンズア
レイ４に到達するようにしている。尚、ダイクロイック
ミラーＢ_mは全反射ミラーでも良い。また、光９のダイ
クロイックミラーによる反射光は、図示を省略してい
る。

【００２２】第１レンズアレイ４の後方には、少し離れ
て第２レンズアレイ６、その直後に重ね合わせレンズ８
が配置されている。尚、ここでは図示しないが、第１レ
ンズアレイ４は、格子状に組み合わされた各セルを有し
ており、第２レンズアレイ６は、第１レンズアレイ４と
は別の格子状に組み合わされた各セルを有している。ま
た、第１レンズアレイ４は、複屈折回折格子を有してお
り、第２レンズアレイ６の各セルの短辺方向に、光源１
及びリフレクター２からの光９の偏光分離を行う。第１
レンズアレイ４、第２レンズアレイ６を通じて偏光変換
が行われ、光源１及びリフレクター２からの光９は特定
の偏光に揃えられて出てくる。この構成を偏光変換装置
と呼ぶ。これらの詳細な関係については後述する。

【００２３】また、第２レンズアレイ６とその直後の重
ね合わせレンズ８により、後述する表示パネルに、第１
レンズアレイ４の各セルの像が重なり合うようにしてい
る。そして、重ね合わせレンズ８の直後の照明光学系１
３により、表示パネルをテレセントリック照明する。
尚、重ね合わせレンズ８は、第２レンズアレイ６と一体
に成形されていても良い。以上の第１レンズアレイ４か
ら重ね合わせレンズ８までを、インテグレータ光学系Ｉ
と呼び、光軸をＬａとする。

【００２４】また、照明光学系１３の後方には、ＴＩＲ
プリズム２２が配置されている。ＴＩＲプリズム２２
は、それぞれ三角柱状をしたガラス等より成る大小のプ
リズム２２ｂ，２２ａの或面同士が向かい合った構成と
なっている。プリズム２２ｂは、入射面２２ｂａ，射出
面を兼ねた全反射面２２ｂｂ，及び入射出面２２ｂｃを
有し、プリズム２２ａは、入射面２２ａａ及び射出面２
２ａｂを有している。互いに向かい合った全反射面２２
ｂｂと入射面２２ａａとの間隔は、数μｍ〜数十μｍと
なっている。

【００２５】照明光学系１３を透過した、光源１及びリ
フレクター２からの光９は、まず、プリズム２２ｂに対
して、光軸Ｌａに沿って、直前のコンデンサーレンズ２
３を経て、入射面２２ｂａに入射する。そして、全反射
面２２ｂｂに臨界角を超える入射角で入射する事によっ
て、光９はその殆どが反射され、入射出面２２ｂｃより
射出し、表示パネル１６に向かう。その直前には、所定
の偏光に対してマイクロレンズ効果をもたらす複屈折マ
イクロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置されてい
る。以上説明した構成を、照明光学装置の一例とする。

【００２６】表示パネル１６はＤＭＤで構成されてお
り、ここに照明された光９を、画素毎に表示情報に応じ
てＯＮの状態のマイクロミラー或いはＯＦＦの状態のマ
イクロミラーで反射する。このとき、ＯＮの反射光は、
複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを経て、
入射出面２２ｂｃに入射してプリズム２２ｂに戻る。

【００２７】そして、全反射面２２ｂｂに臨界角以内の
入射角で入射してここを透過し、更に入射面２２ａａに
入射して、プリズム２２ａを透過して射出面２２ａｂよ
り射出し、光軸Ｌｂに沿って投影光である光２１として
投影光学系２４に到る。この投影光学系２４により、表
示パネル１６の表示情報が図示しないスクリーンに投影
される。尚、光２１は図示を省略している。一方、ＯＦ
Ｆの反射光は、プリズム２２ｂ，２２ａを透過しても、
最終的に投影光学系２４に到らない方向へと射出する。
以上説明した投影光学系とスクリーンの構成を、投影光
学装置の一例とする。

【００２８】この、ＯＮの反射光である光２１の光軸Ｌ
ｂは、本実施形態では後述するように、表示パネル１６
の表面に対して垂直とはならない構成であるので、投影
光学系２４は共軸系ではない非軸投影光学系とする必要
がある。この非軸投影光学系の具体例としては、例えば
特開平９−１７９０６４号公報の実施例４に記載されて
いる様なものが提案されている。

【００２９】図２は、本発明の第１の実施形態の表示光
学装置の主要部分を拡大して示す模式図であり、同図
（ａ）は全体図、同図（ｂ）は上記インテグレータ光学
系部分の側面図である。図１での説明と同様にして、光
軸Ｌに沿って入射してきた光９が、Ｒ_m，Ｇ_m，Ｂ_mそれ
ぞれのダイクロイックミラーで反射され、それぞれ異な
った角度の光軸Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_Bで後方（図の下方）に配
置された第１レンズアレイ４に到達する。尚、同図
（ａ）では光９は図示を省略している。

【００３０】第１レンズアレイ４の後方には、少し離れ
て第２レンズアレイ６、その直後に重ね合わせレンズ８
が配置されている。第１レンズアレイ４は、格子状に組
み合わされた各セル４ａを有しており、第２レンズアレ
イ６は、第１レンズアレイ４とは別の格子状に組み合わ
された各セル６ａを有している。ＲＧＢで異なる方向か
ら第１レンズアレイ４に到達した光９は、その個々のセ
ル４ａ毎に、その後方に少し離れて配置された第２レン
ズアレイ６の個々のセル６ａ上に結像する。このとき、
ＲＧＢで光の方向が異なるため、ＲＧＢそれぞれの光源
像ができる。それぞれの位置にはほぼ各色がきている
が、色純度を上げるため、ＲＧＢのカラーフィルターが
設けてある。このカラーフィルターによる光量のロスは
少ない。

【００３１】また、第１レンズアレイ４は、図２（ｂ）
に示すように、複屈折回折格子を有しており、第２レン
ズアレイ６の各セルの短辺方向に、光９の偏光分離を行
う。ここでは第１レンズアレイ４、第２レンズアレイ６
を通じて偏光変換が行われ、光９は特定の偏光に揃えら
れて出てくる。この偏光変換の原理を同図（ｂ）で改め
て説明する。まず、光９は無偏光の光束で、インテグレ
ータ光学系Ｉに入射する。インテグレータ光学系Ｉは、
光束の進む順に、第１レンズアレイ４、１／２波長板
５、第２レンズアレイ６、重ね合わせレンズ８より成
る。第１レンズアレイ４は、ガラス等より成る基板４ｂ
上にブレーズ形状の複屈折回折格子４ｃが形成され、更
にそのブレーズ形状部に接する部分に複屈折光学材料４
ｄが充填されて、ガラス板４ｅで封印されている。

【００３２】複屈折光学材料４ｄは、偏光方向の異なる
光線に対しては異なる屈折率を示し、本例では、紙面に
沿った偏光面を有する光線Ｌ１に対する屈折率と、紙面
に垂直な偏光面を有する光線Ｌ２に対する屈折率とが異
なっている。また複屈折回折格子４ｃの形状は直進する
光を偏向する形状である。ここで、紙面に沿った偏光面
を有する光線Ｌ１に対する屈折率と、基板材料の屈折率
とを等しくする事により、紙面に沿った偏光面を有する
光線Ｌ１は、実線で示されるように複屈折回折格子４ｃ
が存在しない場合と等価に進行し、紙面に垂直な偏光面
を有する光線Ｌ２は、一点鎖線で示されるように複屈折
回折格子４ｃが存在する状態で進行するので、偏向を受
ける事になる。

【００３３】一方、第１レンズアレイ４は入射する光９
を空間分割し、第２レンズアレイ６上で結像させる。紙
面に沿った偏光面を有する光線Ｌ１は直進して結像し、
紙面に垂直な偏光面を有する光線Ｌ２は偏向を受けて結
像する。従って、紙面に沿った偏光面を有する光線Ｌ１
と、紙面に垂直な偏光面を有する光線Ｌ２とは空間的に
異なる位置で結像する事になる。そこで第２レンズアレ
イ６光源側近傍に、前記いずれかの偏光面を有する光束
の結像している空間に１／２波長板５を配置する事によ
り、いずれか一方の偏光面を有する光束に揃える事が可
能となる。

【００３４】ここでは光線Ｌ２に対して１／２波長板５
を用いている。従って、インテグレータ光学系Ｉから
は、全て紙面に対して平行な偏光面に揃えられた偏光
が、照明光として射出する事になる。尚、複屈折光学材
料は、例えば液晶材料を所定の方向に配向処理する事等
により得られる。また、紫外線等の照射を受けると硬化
する液晶材料が知られているので、そのような液晶材料
を用いて上記配向処理後に紫外線照射等を施すようにし
ても良い。

【００３５】続いて、同図（ａ）に戻って説明すると、
第２レンズアレイ６とその直後の重ね合わせレンズ８に
より、表示パネル１６に、第１レンズアレイ４の各セル
の像が重なり合うようにしている。そして、重ね合わせ
レンズ８の直後の照明光学系１３により、表示パネル１
６をテレセントリック照明する。ここで、図１でも示し
たように、表示パネル１６の直前には、複屈折材料によ
り構成される複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１
５ａが配置されている。

【００３６】そして、上記ダイクロイックミラーと第
１，第２レンズアレイによってＲＧＢに色分解された光
９は、照明光学系１３及びＴＩＲプリズム２２を経て、
この複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａの各
マイクロシリンダーレンズ１５ａａによって、各色毎に
表示パネル１６の数個の画素１６ｂをそれぞれ照明す
る。尚、マイクロシリンダーレンズ１５ａａの代わりに
回折レンズとしても良い。同図の複屈折マイクロシリン
ダーレンズアレイ１５ａ及び表示パネル１６の左右は、
図示を省略している。尚、これらの間には１／４波長板
１０が配置されているが、これについては後述する。

【００３７】本実施形態では、複屈折マイクロシリンダ
ーレンズアレイ１５ａと表示パネル１６との間隔が２ｍ
ｍ〜３ｍｍとなっており、表示パネル１６のＤＭＤの画
素１６ｂを保護する保護ガラス１６ａの外側に、複屈折
マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを配置するスペ
ースが充分ある。また、図２（ａ）においては、１色当
たり４画素を照明する構成となっているが、実際には、
保護ガラス１６ａの厚さが２ｍｍ程度であれば、１色当
たり６〜１０画素を照明する構成とし、複屈折マイクロ
シリンダーレンズアレイ１５ａの配置スペースを確保す
る必要がある。

【００３８】このようにして、マイクロシリンダーレン
ズアレイをＤＭＤ素子面から２〜３ｍｍ離す事で、数画
素毎にＲＧＢ各色の領域となる照明を行うが、本実施形
態では、更に複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１
５ａを、同図或いは図１の矢印Ａｗで示すように、その
表面に沿って１フレーム内に微細ピッチで或いは連続的
に駆動し、画素上の照明光を移動している。そして、こ
れに連動した画素表示を行う事で、全画面において良好
なカラー表示を行う事ができる。詳しくは後述する。こ
の場合、図１に示すように、複屈折マイクロシリンダー
レンズアレイ１５ａの代わりに、照明光学系１３の一部
のレンズを矢印Ｂｗで示すように光軸Ｌａに垂直に駆動
するか、照明光学系１３内にミラーを設けてこれを回転
駆動する等の構成としても良い。

【００３９】図３は、複屈折マイクロシリンダーレンズ
アレイの材料構成を示す模式図である。本実施形態で
は、表示パネル１６として反射型表示パネルであるＤＭ
Ｄを用いているので、この場合、表示パネル１６直前の
複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａ（断面が
レンズ形のレンチキュラータイプ）には、表示パネル１
６へ入射する光９（照明光，実線で示す）と表示パネル
１６の各画素１６ｂから反射した光２１（投影光，二点
鎖線で示す）との両方が通過する事となる。表示パネル
１６へ入射する光９は、前述のように作用するが、反射
した光２１は、このままでは複屈折マイクロシリンダー
レンズアレイ１５ａにより光線が乱され、画質が劣化す
る。

【００４０】これに対処するため、本実施形態では、複
屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを、等方性
の光学材料と複屈折特性を持つ光学材料とで構成し、さ
らに、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａと
表示パネル１６との間に、１／４波長板１０を配置して
いる。同図において、表示パネル１６へ入射する光９
は、或特定の偏光面、例えば紙面に沿った偏光面を持
ち、表示パネル１６で反射した光の内、映像の表示に有
効な光２１は、偏光面が回転していて、例えば紙面に垂
直な偏光面を持つ。これは、これらの光が合わせて１／
４波長板１０を往復通過する際に、１／２波長板として
の働きを受ける事によるものである。

【００４１】そこで、複屈折マイクロシリンダーレンズ
アレイ１５ａを構成する、マイクロシリンダーレンズ１
５ａａより上側にある等方性の光学材料の屈折率をＮと
し、マイクロシリンダーレンズ１５ａａより下側にある
複屈折材料の、光９の偏光面に対する屈折率をＮｅ、光
２１の偏光面に対する屈折率をＮｏとする。このとき、
Ｎ＝Ｎｏとする事により、複屈折マイクロシリンダーレ
ンズアレイ１５ａは、光９に対してはマイクロシリンダ
ーレンズアレイとして働き、光２１に対しては単なる透
明平板となる。これにより、反射型表示パネルを用いて
も、光２１の画質を劣化させる事がなくなる。

【００４２】ところで、このような複屈折マイクロシリ
ンダーレンズアレイを、ＴＩＲプリズム２２と表示パネ
ル１６との間に配置するのではなく、図１で示したコン
デンサーレンズ２３とＴＩＲプリズム２２との間に、マ
イクロシリンダーレンズアレイとして配置する方法があ
る。これによれば、表示パネル１６との距離が充分確保
できる上に、このマイクロシリンダーレンズアレイを照
明光のみが通過するだけとなり、図３で説明したよう
な、投影光が乱される問題が生じないようになるので、
インテグレータ光学系Ｉで偏光変換する必要がなくな
り、マイクロシリンダーレンズアレイにおける複屈折効
果も不要となる。このとき、マイクロシリンダーレンズ
アレイとＤＭＤパネルが大きく離れるので、１色当たり
数十画素を照明する構成となる。

【００４３】図４，図５は、上述した画素上の照明光を
移動する事によりカラー表示を行う原理を説明する図で
ある。ここで、図４は、表示パネル上の位置と照明光と
の関係を示しており、横軸に位置、縦軸に照明光の強度
を取っている。また、図５（ａ）〜（ｃ）は、各画素に
おける時間と照明光との関係を示しており、横軸に時
間、縦軸に照明光の強度を取っている。そして、同図
（ｄ）は、マイクロシリンダーレンズアレイの移動の様
子を示しており、横軸に時間、縦軸にマイクロシリンダ
ーレンズアレイの移動量を取っている。これは、上述し
た照明光学系の移動量の場合もある。

【００４４】まず、図４において、上記表示パネル１６
の各画素１６ｂの内、或一つの画素を選択し、これに番
号１を付する。そして、ここから順に右側の画素へと１
つずつ整数番号を付して行く。ここで、上記複屈折マイ
クロシリンダーレンズアレイ１５ａ（或いは照明光学系
１３）を駆動する事により、各色の照明領域が、矢印Ｃ
ｗで示すように右側へと一斉に移動する。Ｒ，Ｇ，Ｂ各
色の照明領域は、それぞれ破線，実線，点線で示すよう
に、例えば楕円の上半分に近い形の強度分布を持つと仮
定している。尚、同図では１色の照明領域に対する画素
数は４となっているが、勿論これに限定されるものでは
ない。

【００４５】今、番号１の画素に注目すると、図５
（ａ）に示すように、ここで白表示を行うときは、実線
Ｔで示すようにＯＮ表示時間を連続的なものとし、Ｒ，
Ｇ，Ｂ全ての色を表示すれば良い。次に、番号７の画素
に注目すると、同図（ｂ）に示すように、ここで中程度
の明るさの青紫表示を行うときは、実線Ｔ１，Ｔ２で示
すように、それぞれＲの照明領域の周辺部（強度が弱
い），Ｂの照明領域の中央部（強度が強い）により照明
されるときにおいて、それぞれ短時間及び長時間ＯＮ表
示すれば良い。

【００４６】さらに、番号１０の画素に注目すると、同
図（ｃ）に示すように、ここで中程度の明るさの緑表示
を行うときは、実線Ｔ３で示すように、Ｇの照明領域の
周辺から中心にかけて照明される時間だけＯＮ表示すれ
ば良い。以上のようにして、各色の照明領域に対応する
表示時間を分割し、その分割された時間を組み合わせる
事により、各画素における色合いと階調表現を行う。こ
こでは表示時間を４分割した例を挙げているが、これに
限定されるわけでは勿論無く、更に細かく分割する事に
より、より微妙な表示を行う事ができる。

【００４７】ちなみに、いわゆるフルカラー表示を行う
場合は、２５５階調の表示が必要である。従来は、表示
の階調を表現するには、一様な照明光の間にＯＮにする
時間を２５５段階でデジタル制御していた。しかし、本
実施形態のように、照明領域内で強度分布が変化する場
合は、各色の照明領域に対応する表示時間を２５５分割
までする必要はなく、比較的粗く分割された表示時間を
組み合わせる事で、同レベルのフルカラー表示を行う事
が可能である。

【００４８】最後に、同図（ｄ）に示すように、本例で
は複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを、矢
印Ｄｗで示す１フレームの時間を一周期として、微小ピ
ッチで或いは連続的に駆動するが、その中には、元の位
置に戻すための、矢印Ｅｗで示すブランク時間が必要で
あり、その間だけは表示は行わない構成となっている。
尚、これまで説明した画素上の照明光を移動する事によ
りカラー表示を行う構成は、表示パネルに必ずしもＤＭ
Ｄを使用する必要はなく、例えば強誘電液晶等のＯＮ，
ＯＦＦ切換の応答性の良い素子を使用しても良い。

【００４９】図６は、本発明の第２の実施形態の表示光
学装置を模式的に示す構成図である。各部の配置は本来
３次元的なものであるが、理解を助けるために、平面状
に記載している。本実施形態は、上記図１で示した第１
の実施形態の構成とほぼ同じであるが、ここでは複屈折
マイクロシリンダーレンズアレイを駆動するのではな
く、投影光学系２４を構成する投影レンズ２４ａを矢印
Ｆｗで示すように光軸Ｌｂに垂直に、１フレーム内に１
画素ピッチで（或いは連続的に）駆動し、スクリーン２
０上の投影光を１画素単位で移動している。そして、こ
れに連動した画素表示を行う事で、全画面において良好
なカラー表示を行う事ができる。

【００５０】図７，図８は、上述したスクリーン上の投
影光を移動する事によりカラー表示を行う原理を説明す
る図である。ここで、図７は、スクリーン上の位置と投
影光との関係を経時変化を踏まえて示しており、横軸に
位置、縦軸に時間を取っている。また、図８（ａ）〜
（ｃ）は、各画素に対応したスクリーン上の位置におけ
る時間と投影光との関係を示しており、横軸に時間、縦
軸に投影光の強度を取っている。そして、同図（ｄ）
は、投影レンズの移動の様子を示しており、横軸に時
間、縦軸に投影レンズの移動量を取っている。

【００５１】まず、図７において、上記表示パネル１６
の各画素に対応したスクリーン２０上に投影された画素
の内、或一つの画素を選択し、これに番号１を付する。
そして、ここから順に右側の画素へと１つずつ整数番号
を付して行く。尚、説明の便宜上、付する番号は１から
１４までとする。このとき、各色の照明領域は、同図に
それぞれ点線，破線，実線で示すように、Ｂ，Ｒ，Ｇの
順に４画素ずつに対応しているものとする。勿論これに
限定されるものではない。ここで、上記投影レンズ２４
ａを駆動する事により、各色の照明領域及びそれに対応
する画素が、同図（ａ）〜（ｃ）で示すように、スクリ
ーン上で右側へと１画素ずつ移動する。実際は更に続い
て移動して行く。

【００５２】図８においては、Ｂ，Ｒ，Ｇ各色の照明領
域は、それぞれ点線，破線，実線で示すように、例えば
楕円の上半分に近い形の強度分布を持つと仮定してい
る。今、図７に示すスクリーン上の位置ａに注目する
と、図８（ａ）に示すように、ここで白表示を行うとき
は、各画素を実線で示すように、全ての画素をＯＮと
し、Ｂ，Ｒ，Ｇ全ての色を表示すれば良い。

【００５３】次に、図７に示すスクリーン上の位置ｂに
注目すると、図８（ｂ）に示すように、ここで中程度の
明るさの青紫表示を行うときは、該当する画素を実線で
示すように、それぞれＲの照明領域の周辺部（強度が弱
い）における例えば番号８の画素、並びにＢの照明領域
の中央部（強度が強い）における番号２及び３の画素を
ＯＮとする。そして、その他の画素を破線で示すように
ＯＦＦとすれば良い。

【００５４】さらに、図７に示すスクリーン上の位置ｃ
に注目すると、同図（ｃ）に示すように、ここで中程度
の明るさの緑表示を行うときは、該当する画素を実線で
示すように、Ｇの照明領域の周辺から中心にかけての、
例えば番号１１及び１２の画素をＯＮとする。そして、
その他の画素を破線で示すようにＯＦＦとすれば良い。
以上のようにして、各色の照明領域に対応する各画素を
組み合わせる事により、スクリーン上の各位置における
色合いと階調表現を行う。ここでは画素の大きさに基づ
いて表示時間の分割が決まるが、各画素のＯＮ時間を更
に細かく刻む事により、より微妙な表示を行う事ができ
る。即ち、各画素の時間分割と各照明領域の画素数との
積で階調表示する。

【００５５】最後に、図８（ｄ）に示すように、本例で
は投影レンズ２４ａを、矢印Ｄｗで示す１フレームの時
間を一周期として、１画素ピッチで（或いは連続的に）
駆動するが、ここでは１フレームの中間時点で逆方向に
駆動して、最後に元に戻る構成とする事により、ブラン
ク時間を不要としている。但し、この駆動方法に限定さ
れるわけではなく、上記図５（ｄ）で示した方法を使用
しても良いし、上記第１の実施形態で照明光を移動する
構成において、図８（ｄ）で示した方法を使用しても良
い。尚、これまで説明したスクリーン上の投影光を移動
する事によりカラー表示を行う構成は、表示パネルに必
ずしもＤＭＤを使用する必要はなく、例えば強誘電液晶
等のＯＮ，ＯＦＦ切換の応答性の良い素子を使用しても
良い。

【００５６】以下に説明する図９〜図１１は、ＴＩＲプ
リズム付近の構成を模式的に示す斜視図である。尚、表
示パネル１６の所定の短辺をｃ、長辺をｄとしている。
まず、図９は、従来の構成を示している。同図に示すよ
うに、ここでは図示しない上記インテグレータＩより、
表示パネル１６の短辺ｃに対するアジマス角４５度で、
光軸Ｌａに沿ってＴＩＲプリズム２２に到達した照明光
としての光９は、プリズム２２ｂの入射面２２ｂａに入
射する。そして、全反射面２２ｂｂで反射され、入射出
面２２ｂｃより射出し、表示パネル１６に向かう。その
直前には、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５
ａが配置されている。尚、アジマス角の基準は長辺とし
ても良い。

【００５７】表示パネル１６のＯＮの状態の各画素１６
ｂからの反射光（ＯＮの反射光）は、複屈折マイクロシ
リンダーレンズアレイ１５ａを経て、入射出面２２ｂｃ
に入射してプリズム２２ｂに戻り、全反射面２２ｂｂを
透過する。更に入射面２２ａａに入射して、プリズム２
２ａを透過し、射出面２２ａｂより投影光である光２１
として、光軸Ｌｂに沿って射出し、図示しない投影光学
系に到る。一方、表示パネル１６のＯＦＦの状態の各画
素１６ｂからの反射光（ＯＦＦの反射光）は、ＯＮの反
射光と同様にしてプリズムを透過するが、最終的に光軸
Ｌｃに沿って投影光学系から外れた方向へと射出する。

【００５８】次に、図１０は、第１の実施形態における
構成を示している。同図に示すように、ここでは図示し
ない上記インテグレータＩより、表示パネル１６の短辺
ｃに対するアジマス角略０度で、光軸Ｌａに沿ってＴＩ
Ｒプリズム２２に到達した照明光としての光９は、プリ
ズム２２ｂの入射面２２ｂａに入射する。そして、全反
射面２２ｂｂで反射され、入射出面２２ｂｃより射出
し、表示パネル１６に向かう。以下、図９における説明
と同様である。

【００５９】さらに、図１１は、第２の実施形態におけ
る構成を示している。同図に示すように、ここでは図示
しない上記インテグレータＩより、表示パネル１６の短
辺ｃに対するアジマス角約１４８度で、光軸Ｌａに沿っ
てＴＩＲプリズム２２に到達した照明光としての光９
は、プリズム２２ｂの入射面２２ｂａに入射する。そし
て、全反射面２２ｂｂで反射され、入射出面２２ｂｃよ
り射出し、表示パネル１６に向かう。その直前には、複
屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置され
ている。

【００６０】表示パネル１６のＯＮの状態の各画素１６
ｂからの反射光（ＯＮの反射光）は、複屈折マイクロシ
リンダーレンズアレイ１５ａを経て、入射出面２２ｂｃ
に入射してプリズム２２ｂに戻り、全反射面２２ｂｂを
透過する。更に入射面２２ａａに入射して、プリズム２
２ａを透過し、射出面２２ａｂより投影光である光２１
として、光軸Ｌｂに沿って射出し、図示しない投影光学
系に到る。一方、表示パネル１６のＯＦＦの状態の各画
素１６ｂからの反射光（ＯＦＦの反射光）は、ＯＮの反
射光と同様にしてプリズム２２ｂに戻るが、全反射面２
２ｂｂで反射され、最終的に光軸Ｌｄに沿って照明側へ
と戻される。

【００６１】このような構成とするのは、以下の理由に
よる。即ち、ＤＭＤにおいては、照明光はＯＦＦの状態
のマイクロミラーにより、投影光学系から外れた方向に
反射されるが、実際にはこのＯＦＦの光もＴＩＲプリズ
ムを透過するので、その一部の光が投影光学系に到達
し、スクリーンにフレアとして現れる。

【００６２】具体的に説明すると、図１と同様にしてＴ
ＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す図１２におい
て、照明光としての光９は、プリズム２２ｂに対して、
光軸Ｌａに沿って、直前のコンデンサーレンズ２３を経
て、入射面２２ｂａに入射する。そして、全反射面２２
ｂｂに臨界角を超える入射角で入射する事によって、光
９はその殆どが反射され、入射出面２２ｂｃより射出
し、表示パネル１６に向かう。その直前には、所定の偏
光に対してマイクロレンズ効果をもたらす複屈折マイク
ロシリンダーレンズアレイ１５ａが配置されている。

【００６３】表示パネル１６はＤＭＤで構成されてお
り、ここに照明された光９を、画素毎に表示情報に応じ
てＯＮの状態のマイクロミラー或いはＯＦＦの状態のマ
イクロミラーで反射する。このとき、ＯＮの反射光は、
複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ１５ａを経て、
入射出面２２ｂｃに入射してプリズム２２ｂに戻る。そ
して、全反射面２２ｂｂに臨界角以内の入射角で入射し
てここを透過し、更に入射面２２ａａに入射して、プリ
ズム２２ａを透過して射出面２２ａｂより射出し、光軸
Ｌｂに沿って投影光である光２１として投影光学系２４
に到る。この投影光学系２４により、表示パネル１６の
表示情報が図示しないスクリーンに投影される。

【００６４】一方、ＯＦＦの反射光は、プリズム２２
ｂ，２２ａを透過しても、最終的に投影光学系２４に到
らない方向へと光軸Ｌｃに沿って射出するが、その一部
の光が投影光学系２４の特にコバの部分に到達し、スク
リーンにフレアとして現れてしまう。これを防止するた
めに、図１１のような、ＯＦＦの反射光を完全に遮断す
る構成が取られる。

【００６５】以下に説明する図１３〜図１５は、照明光
と投影光の角度関係を示す図であり、それぞれ上記図９
〜図１１の構成に対応している。各図においては、表示
パネル１６を基準とした、これに対する照明光の入射角
及び投影光の反射角を、その角度に比例する半径の同心
円で示している。また、表示パネル１６の短辺ｃ方向を
同心円の中心Ｏを通る横軸で示して、この右方向をアジ
マス角０度とし、長辺ｄ方向を同じく同心円の中心Ｏを
通る縦軸で示して、この上方向をアジマス角９０度とし
ている。

【００６６】また、図中の破線による丸５１は、ＴＩＲ
プリズム２２へ入射する照明光の光束の角度範囲を示
し、点線による丸５２は、表示パネル１６へ入射する照
明光の光束の角度範囲を示している。そして、実線によ
る丸５３は、表示パネル１６から射出するＯＮの反射光
（投影光）の光束の角度範囲を示し、一点鎖線による丸
５４は、表示パネル１６から射出するＯＦＦの反射光の
光束の角度範囲を示している。各丸は、Ｆナンバーが３
の場合の光束範囲を示している。さらに、実線による弧
５５は、ＴＩＲプリズムの全反射面で反射或いは透過す
る角度範囲の境界を示しており、斜線で示す側が透過領
域である。

【００６７】まず、図１３は、上記従来の構成における
照明光と投影光の角度範囲を示している。同図におい
て、丸５１で示すＴＩＲプリズム２２へ入射する照明光
のアジマス角は４５度、表示パネル１６に対する入射角
は約１０５度となっている。また、丸５２で示す表示パ
ネル１６へ入射する照明光のアジマス角は４５度、入射
角は２０度となっている。そして、丸５３で示す表示パ
ネル１６から射出するＯＮの反射光（投影光）の反射角
は０度となっている。さらに、丸５４で示す表示パネル
１６から射出するＯＦＦの反射光のアジマス角は２２５
度、反射角は４０度となっている。

【００６８】また、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２の
アジマス角は４５度、全反射面の表示パネル１６に対す
る傾きは３０．５度である。同図に示すように、従来の
構成では、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照明
光と、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの
反射光（投影光）とが密接しており、弧５５で示すＴＩ
Ｒプリズム２２によって辛うじて分離されている状態で
あるので、ここではＦナンバーの小さい、明るいレンズ
を用いる事はできない。

【００６９】次に、図１４は、上記第１の実施形態の構
成における照明光と投影光の角度範囲を示している。同
図において、丸５１で示すＴＩＲプリズム２２へ入射す
る照明光のアジマス角は０度、表示パネル１６に対する
入射角は１００度足らずとなっている。また、丸５２で
示す表示パネル１６へ入射する照明光のアジマス角は約
３０度、入射角は３０度足らずとなっている。そして、
丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反射光
（投影光）のアジマス角は１８０度、反射角は約１０度
となっている。さらに、丸５４で示す表示パネル１６か
ら射出するＯＦＦの反射光のアジマス角は２１０度余
り、反射角は４５度余りとなっている。

【００７０】また、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２の
アジマス角は−１２度、全反射面の表示パネル１６に対
する傾きは３４度である。同図に示すように、第１の実
施形態では、丸５２で示す表示パネル１６へ入射する照
明光と、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮ
の反射光（投影光）は、それぞれＦ３の範囲に対して余
裕があり、ここではＦナンバーの小さい、更に明るいレ
ンズを用いる事ができる。また、ＴＩＲプリズム２２へ
入射する照明光は、表示パネル１６の短辺ｃに沿った方
向から入射させるため、ＴＩＲプリズム２２を薄く構成
する事ができ、また投影光学系２４のレンズバックを短
くする事ができる。

【００７１】このようにして、投影光を表示パネルの垂
直方向から若干短辺に沿った方向に傾け、更に非軸投影
光学系を用いる事で、Ｆナンバーを稼ぐ事ができる。ま
た、ＴＩＲプリズムの構成方法によって、照明光をほぼ
短辺方向と一致させる事により、ＴＩＲプリズムの小型
化が可能となり、照明光学系の構成が簡単となる。

【００７２】一般に、表示パネルの各画素を形成するＤ
ＭＤのマイクロミラーの、（表示パネル短辺に対する）
アジマス角４５度，傾き１０度の構成に対し、表示パネ
ルへ入射する照明光がアジマス角１５度〜４０度，入射
角１７度〜４５度の範囲内にあると、ＴＩＲプリズムへ
入射する照明光が表示パネルの短辺に沿った方向（アジ
マス角０度）から照明されるように構成しても、Ｆナン
バー３以上の明るさを確保する事ができる。このときの
ＴＩＲプリズムのアジマス角は−１１度〜−１３度とす
る事により、ＴＩＲプリズムへ入射する照明光はアジマ
ス角は０度近傍となる。

【００７３】これに対し、表示パネルへ入射する照明光
がアジマス角４０度以上，入射角１７度以下のときは、
Ｆナンバー４程度しか確保する事ができない。また、ア
ジマス角１５度以下，入射角４５度以上のときは、表示
パネルから射出するＯＮの反射光（投影光）の反射角が
３０度以上となり、投影光学系に非軸光学系を用いたと
しても、収差補正が難しくなる。即ちここでは、投影光
学系は、表示パネル表面の法線方向に対し、３〜３０度
の角度範囲内に主光線を持つような構成とすれば良い。
結論として、ＤＭＤのマイクロミラーのアジマス角をΦ
（マイクロミラーが回動する回動軸に垂直な面と表示パ
ネルの短辺との成す角）、ミラーの傾きをθとしたと
き、表示パネルへ入射する照明光のアジマス角は０．３
３Φ〜０．９Φ、入射角は１．７θ〜４．５θとすれば
良い。

【００７４】最後に、図１５は、上記第２の実施形態の
構成における照明光と投影光の角度範囲を示している。
同図において、丸５１で示すＴＩＲプリズム２２へ入射
する照明光のアジマス角は約１４８度、表示パネル１６
に対する入射角は９０度足らずとなっている。また、丸
５２で示す表示パネル１６へ入射する照明光のアジマス
角は９０度、入射角は１５度足らずとなっている。そし
て、丸５３で示す表示パネル１６から射出するＯＮの反
射光（投影光）のアジマス角は０度、反射角は１５度足
らずとなっている。さらに、丸５４で示す表示パネル１
６から射出するＯＦＦの反射光のアジマス角は２４０度
余り、反射角は３０度余りとなっている。

【００７５】また、弧５５で示すＴＩＲプリズム２２の
アジマス角は１５５度、全反射面の表示パネル１６に対
する傾きは４３．５度である。同図に示すように、第２
の実施形態では、丸５２で示す表示パネル１６へ入射す
る照明光と、丸５３で示す表示パネル１６から射出する
ＯＮの反射光（投影光）とが密接しており、弧５５で示
すＴＩＲプリズム２２によって辛うじて分離されている
状態であるので、ここではＦナンバーの小さい、明るい
レンズを用いる事はできない。また、ＴＩＲプリズム２
２へ入射する照明光は、表示パネル１６の短辺ｃに沿っ
た方向から入射させる事ができないので、ＴＩＲプリズ
ムの小型化を図る事はできない。

【００７６】けれども本実施形態では、丸５４で示す表
示パネル１６から射出するＯＦＦの反射光を、ＴＩＲプ
リズム２２の全反射面の反射領域に持ってくる事ができ
るので、ＯＦＦの反射光をＴＩＲプリズム２２で全反射
させ、通過しないようにする事ができる。これにより、
ＯＦＦの反射光が投影光学系に到達する事がなくなり、
スクリーン上のフレアを防止する事ができる。結論とし
て、マイクロミラーのアジマス角をΦ、ミラーの傾きを
θとしたとき、表示パネルへ入射する照明光のアジマス
角は１．８Φ〜３Φ、入射角は１θ〜２θとすれば良
い。

【００７７】ここで、アジマス角１．８Φ以下，入射角
１θ以下のときは、ＯＦＦの反射光をＴＩＲプリズムで
全反射させる条件において、Ｆナンバー４より暗い値し
か確保する事ができない。また、アジマス角３Φ以上，
入射角２θ以上のときは、表示パネルから射出するＯＮ
の反射光（投影光）の反射角が３０度以上となり、投影
光学系に非軸光学系を用いたとしても、収差補正が難し
くなる。即ちここでは、投影光学系は、表示パネル表面
の法線方向に対し、１０〜３０度の角度範囲内に主光線
を持つような構成とすれば良い。

【００７８】ところで、上記第１，第２の実施形態の如
く、１つのマイクロ（シリンダー）レンズのピッチが画
素ピッチより非常に大きい場合、電気的な制御上、マイ
クロレンズのピッチ＝画素ピッチ×８の倍数とするのが
良い。デジタル処理においては８ｂｉｔをデータ最小単
位として扱う事が多い。図２等より分かるように、マイ
クロレンズのピッチ毎に、同位相の照明がなされるの
で、この条件から外れると、デジタル制御が難しい。

【００７９】図１６は、本発明の第３の実施形態の表示
光学装置を模式的に示す構成図である。同図において、
１は光源であり、２は光源１を取り囲むように配置され
るリフレクターである。また、７はリフレクター２の光
の射出口２ａを覆うように配置され、光源１及びリフレ
クター２からの光に含まれる紫外線及び赤外線をカット
するＵＶＩＲカットフィルターである。ＵＶＩＲカット
フィルター７の後方（図の右方）には、順に複屈折回折
格子３、第１レンズアレイ４、少し離れて第２レンズア
レイ６、その直後に重ね合わせレンズ８が配置されてい
る。

【００８０】ここでは図示しないが、第１レンズアレイ
４は、格子状に組み合わされた各セルを有しており、第
２レンズアレイ６は、第１レンズアレイ４とは異なる方
向に区切った長方形の格子状に組み合わされた各セルを
有している。複屈折回折格子３は、第２レンズアレイ６
の各セルの長辺方向に、光源１及びリフレクター２から
の光９の偏光分離を行う。複屈折回折格子３、第１レン
ズアレイ４、第２レンズアレイ６を通じて偏光変換が行
われ、光源１及びリフレクター２からの光９は特定の偏
光に揃えられて出てくる。この構成を偏光変換装置と呼
ぶ。これらの詳細な関係については後述する。

【００８１】また、第２レンズアレイ６とその直後の重
ね合わせレンズ８により、重ね合わせレンズ８の後述す
る焦点位置近傍に、第１レンズアレイ４の各セルの像が
重なり合うようにしている。尚、重ね合わせレンズ８
は、第２レンズアレイ６と一体に成形されていても良
い。また、複屈折回折格子３の代わりに、第１レンズア
レイ４と第２レンズアレイ６との間に複屈折プリズムア
レイ等を配置したものもある。以上の第１レンズアレイ
４から重ね合わせレンズ８までを、インテグレータ光学
系と呼び、光軸をＬとする。この、重ね合わせレンズ８
の焦点位置に表示パネル１６が配置されている。

【００８２】そして、重ね合わせレンズ８と表示パネル
１６との間には、まず、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）
それぞれの波長領域の光を反射する色分離装置としての
ダイクロイックミラーＲ_m，Ｇ_m，Ｂ_mがそれぞれ異なっ
た傾きで配置され、ダイクロイックミラーの後方（図の
上方）には、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）プリズ
ム１４が配置されている。このとき、光軸Ｌで重ね合わ
せレンズ８を透過してきた光９が、Ｒ_m，Ｇ_m，Ｂ_mそれ
ぞれのダイクロイックミラーで反射され、それぞれ異な
った角度の光軸Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_BでＰＢＳプリズム１４、
ひいては表示パネル１６に到達するようにしている。
尚、ダイクロイックミラーＢ_mは全反射ミラーでも良
い。また、光９のダイクロイックミラーによる反射光
は、図示を省略している。

【００８３】このＰＢＳプリズム１４は、Ｓ偏光を反射
して、Ｐ偏光を透過する性質を持つ。一方、光源１及び
リフレクター２からの光９は、上述した偏光変換によっ
て、ＰＢＳプリズム１４に対してほぼＳ偏光に揃えられ
て入射する。そのため、ＰＢＳプリズム１４によって、
光９はその殆どが反射され、図の左方の表示パネル１６
に向かう。

【００８４】表示パネル１６の直前には、複屈折マイク
ロレンズアレイ１５が配置されている。このマイクロレ
ンズアレイはマイクロシリンダーレンズアレイ（断面が
レンズ形のレンチキュラータイプ）としても良い。そし
て、上記ダイクロイックミラーによって色分解された光
９は、この複屈折マイクロレンズアレイ１５によって、
照明光として各色毎に表示パネル１６の異なる画素を照
明する。詳しくは後述する。この照明により、表示パネ
ル１６全体は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色それぞれにより順にス
トライプ状に照明され、各色に照明された画素は各色の
情報表示を行う。

【００８５】表示パネル１６は反射型液晶表示パネルで
あり、ここに照明された光を、画素毎に表示情報に応じ
て偏光面を回転させたり（ＯＮ）、回転させなかったり
（ＯＦＦ）して反射する。このとき、ＯＦＦの反射光
は、複屈折マイクロレンズアレイ１５を経てＰＢＳプリ
ズム１４に戻るが、Ｓ偏光のままであるので、ここで反
射され、光源側へと戻される。一方、ＯＮの反射光は、
Ｐ偏光に変換されているので、複屈折マイクロレンズア
レイ１５を経てＰＢＳプリズム１４に戻ってここを透過
し、次の投影光学系１７に到る。尚、反射型液晶表示パ
ネルとして、特に例えば高速応答性が必要な場合は、複
屈折の軸方向を変化させる事で変調する強誘電液晶（Ｆ
ＬＣ）が用いられる。また、投影光学系１７の光軸をＬ
ｂとする。

【００８６】この投影光学系１７により、表示パネル１
６の表示情報が図示しないスクリーンに投影される。投
影光学系１７を形成する投影レンズ群の一部のレンズ
は、像シフト用レンズ１８として、アクチュエータ１９
により、矢印αで示す如く光軸Ｌｂと垂直方向に高速で
駆動される。これにより、表示情報を高画素化する事が
できる。詳しくは後述する。

【００８７】図１７は、本実施形態における複屈折回折
格子と第１，第２レンズアレイとの関係を模式的に示す
分解斜視図である。同図では、レンズアレイ中の一部の
セルを代表して示してある。同図に示すように、本実施
形態では、第１レンズアレイ４の実線で示す各セルの辺
方向と第２レンズアレイ６の破線で示す各セルの辺方向
とが異なるようにし、複屈折回折格子３のブレーズ３ａ
の溝方向を第２レンズアレイ６の各セルの辺方向に沿う
ようにしている。具体的には第１レンズアレイ４の各セ
ルの辺方向の対角線方向が第２レンズアレイ６の各セル
の辺方向となるようにしている。

【００８８】図の左斜め下方に位置する図示しない上記
光源１及びリフレクター２からの光９は、複屈折回折格
子３のブレーズ３ａにより、実線で示す所定偏光面を持
つ光９ａと、それとは垂直な偏光面を持つ破線で示す光
９ｂとに偏光分離される。これらの光は、第１レンズア
レイ４の格子状に並んだ個々のセルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを透
過し、第１レンズアレイ４とは異なる方向に区切った長
方形の格子状に並んだ第２レンズアレイ６の個々のセル
Ａａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｄａ上に、所定偏光面を持つ光源像
と、それとは垂直な偏光面を持つ光源像とをそれぞれ作
り出す。

【００８９】セルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄから、異なった方向に
並ぶセルＡａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｄａに光源像を作るため
に、第１レンズアレイ４のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各セルは個々
に若干傾いているか、レンズ頂点が偏心している。即ち
レンズ頂点がセルの中心からずれている。同様に、第２
レンズアレイ６の各セルＡａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｄａも個々
に傾いているか、レンズ頂点が偏心している。

【００９０】これら互いの光源像は、複屈折回折格子３
による分離方向、即ち第２レンズアレイ６の各セルの長
辺方向に並び、正しく列を成す。また、これらの光源像
は、実線及び破線の楕円（レンズアレイの正面から見れ
ば円）で示すように、第２レンズアレイ６の個々のセル
上に、或程度の大きさを持って投影される。ちなみに、
本例の座標系は、光源側から見た第１レンズアレイ４の
正面に向かって上方をｙ軸、右方をｘ軸としており、第
２レンズアレイ６の正面に向かって、各セルの辺方向に
沿った右斜め上方向をｙａ軸、右斜め下方向をｘａ軸と
している。

【００９１】このような構成によれば、第２レンズアレ
イ６における光源像の重なりが少なく、効率の良い偏光
変換を行う事ができる。このとき、例えば破線の楕円で
示した光源像の列に沿って、１／２波長板５を帯状にし
たものを貼付し、分離した光源像の偏光面を揃えれば良
い。ちなみに、第１，第２レンズアレイの各セルが同列
方向（辺方向が同じ）に並んだ従来の方式と、本実施形
態の光源サイズ及び第２レンズアレイ６のセルの面積は
等しい。

【００９２】本実施形態のようにインテグレータが１段
の場合、第１レンズアレイ４のセルは、表示パネル１６
のアスペクト比にほぼ等しくする必要がある。このよう
な場合でも、第１レンズアレイ４の各セルの辺方向と第
２レンズアレイ６の各セルの辺方向とが異なるようにす
る事により、従来のように辺方向が同じ場合より効率が
よい。図１８は、インテグレータが１段の場合の第１，
第２レンズアレイの位置関係を模式的に示す正面図であ
り、アスペクト比が４：３の場合を示している。同図に
示すように、ここでは第１レンズアレイ４の実線で示す
各セルの一つの対角線方向が、第２レンズアレイ６の破
線で示す各セルの長辺方向となるようにしている。

【００９３】ここでは図示しない上記光源１及びリフレ
クター２からの光９は、これも図示しない複屈折回折格
子３により、所定偏光面を持つ光と、それとは垂直な偏
光面を持つ光とに偏光分離される。これらの光は、第１
レンズアレイ４のアスペクト比が４：３の格子状に並ん
だ個々のセルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを透過し、第１レ
ンズアレイ４とは異なる方向に区切った長方形の格子状
に並んだ第２レンズアレイ６の個々のセルＡａ，Ｂａ，
Ｃａ，Ｄａ，Ｅａ，Ｆａ上に、所定偏光面を持つ光源像
と、それとは垂直な偏光面を持つ光源像とをそれぞれ作
り出す。

【００９４】これら互いの光源像は、複屈折回折格子３
による分離方向に並び、正しく列を成す。また、これら
の光源像は、実線及び破線の円で示すように、第２レン
ズアレイ６の個々のセル上に、或程度の大きさを持って
投影される。ちなみに、本例の座標系は、光源側から見
た第１レンズアレイ４の正面に向かって上方をｙ軸、右
方をｘ軸としており、第２レンズアレイ６の正面に向か
って、各セルの辺方向に沿った右斜め上方向をｙａ軸、
右斜め下方向をｘａ軸としている。

【００９５】本実施形態では、図１７に示すように、複
屈折回折格子３の複屈折方向をブレーズ３ａの溝方向と
なるｙａ軸方向に揃えているので、偏光分離を行った実
線及び破線で示す２種の光９ａ，９ｂ、ひいては実線及
び破線の楕円で示す２種の光源像は、偏光面がそれぞれ
ｘａ軸，ｙａ軸方向となる。ところが、これらの光が次
に入射する光学系のためには、偏光面はｙ軸方向に揃え
る必要があるので、２種の光源像の列それぞれに、互い
に４５゜で交わる異なった光学軸を持つ帯状の１／２波
長板を用いて、偏光面を同時に揃えるようにしている。

【００９６】尚、偏光面を揃える他の方法として、ま
ず、２種の光源像の内の一方の光源像の列に帯状の１／
２波長板を用いて、他方の光源像と偏光面を揃えるよう
にした上で、偏光面全体を一挙にｙ軸方向に揃える１／
２波長板を第２レンズアレイ６全面に用いる事も可能で
ある。また、複屈折回折格子３の複屈折方向を、ブレー
ズ３ａの溝方向即ち第２レンズアレイ６の各セルの長辺
或いは短辺方向ではなく、第１レンズアレイ４の各セル
の長辺或いは短辺方向となるようにしても良い。また、
複屈折回折格子を用いる方法以外の偏光分離の方法を行
っても良い。

【００９７】図１９は、本実施形態における複屈折マイ
クロレンズアレイと表示パネルとの関係を模式的に示す
図である。図１６でも示したように、表示パネル１６の
直前には、複屈折材料により構成される複屈折マイクロ
レンズアレイ１５が配置されている。そして、上記ダイ
クロイックミラーによってＲＧＢに色分解された光９
は、この複屈折マイクロレンズアレイ１５によって、各
色毎に表示パネル１６の隣合った同一の複数画素をそれ
ぞれ照明する。本実施形態では同一の画素が２個隣合っ
ており、それが各色毎に配置されている状態、即ちＲ
１，Ｒ２、Ｇ１，Ｇ２、Ｂ１，Ｂ２の様に配置されてい
る。

【００９８】ここでは光９を、角度をＲＧＢ毎に変えて
複数画素（ここでは２画素）×３色の画素単位で複屈折
マイクロレンズアレイ１５の各マイクロレンズ１５ｂに
入射させ、それぞれ表示パネル１６のＲ１，Ｒ２、Ｇ
１，Ｇ２、Ｂ１，Ｂ２の画素に集光するようにしてい
る。このように、同一の複数画素が隣合うように配置す
る事で、各マイクロレンズの焦点距離が長くなり、効率
の良い構成が可能となる。尚、同図の複屈折マイクロレ
ンズアレイ１５及び表示パネル１６の左右は、図示を省
略している。

【００９９】図２０は、複屈折マイクロレンズアレイの
材料構成を示す模式図である。本実施形態では、表示パ
ネル１６として反射型液晶表示パネルを用いているの
で、この場合、表示パネル１６直前の複屈折マイクロレ
ンズアレイ１５には、表示パネル１６へ入射する光９
（照明光）と表示パネル１６から反射した光２１（投影
光）との両方が通過する事となる。表示パネル１６へ入
射する光９は前述のように作用するが、反射した光２１
は、このままでは複屈折マイクロレンズアレイ１５によ
り光線が乱され、画質が劣化する。

【０１００】これに対処するため、本実施形態では、複
屈折マイクロレンズアレイ１５を、等方性の光学材料と
複屈折特性を持つ光学材料とで構成している。同図にお
いて、表示パネル１６へ入射する光９は、或特定の偏光
面、例えば紙面に垂直な偏光面を持ち、反射した光の
内、映像の表示に有効な光２１は偏光面が回転してい
て、例えば紙面に沿った偏光面を持つ。

【０１０１】そこで、複屈折マイクロレンズアレイ１５
を構成する、マイクロレンズ１５ｂより上側にある等方
性の光学材料の屈折率をＮとし、マイクロレンズ１５ｂ
より下側にある複屈折材料の、光９の偏光面に対する屈
折率をＮｅ、光２１の偏光面に対する屈折率をＮｏとす
る。このとき、Ｎ＝Ｎｏとする事により、複屈折マイク
ロレンズアレイ１５は、光９に対してはマイクロレンズ
アレイとして働き、光２１に対しては単なる透明平板と
なる。これにより、反射型表示パネルを用いても、光２
１の画質を劣化させる事がなくなる。

【０１０２】但し、同図では、説明のために、光９が表
示パネル１６に対して斜め方向に入射し、光２１として
反対側の斜め方向へと反射する形で描いているが、実際
は光９，光２１共、主な光軸は表示パネル１６に対して
垂直である。尚、同図の複屈折マイクロレンズアレイ１
５及び表示パネル１６の左右は、図示を省略している。
また、以上に述べてきた光源１から複屈折マイクロレン
ズアレイ１５までの構成を、照明光学系と呼ぶ。

【０１０３】図２１は、投影光学系における画素シフト
の原理を模式的に示す斜視図である。本実施形態では、
上記表示パネル１６は単板であるので、例えば解像度が
ＸＧＡ（１０２４画素×７６８画素）の表示を行うため
には、ＲＧＢ各色に対してそれぞれ画素が必要であるの
で、そのままでは１つの表示パネルでＸＧＡ画素の３倍
の画素が必要となり、表示パネルが大きくなってコスト
もかかる。そこで、単板でありながら表示パネルの画素
数をＸＧＡと同じにして、スクリーンに表示する画素を
高速でずらす事により、カラーのＸＧＡ表示が可能とな
る。

【０１０４】具体的には、同図の投影光学系１７の一部
のレンズを、像シフト用レンズ１８として、矢印αで示
す如く光軸Ｌｂと垂直方向に高速で駆動する。このと
き、表示パネル１６からの投影光の内、代表的にＢの光
に注目すると、同図（ａ）においてスクリーン２０上で
Ｂ１，Ｂ２の列であった位置に、矢印βで示すように同
図（ｂ）においてそれぞれＧ１，Ｇ２の列が来るように
し、更に矢印γで示すように同図（ｃ）においてそれぞ
れＲ１，Ｒ２の列が来るようにする。そして、最後には
矢印δで示すように同図（ａ）の状態に戻る。以上のよ
うに３つの状態を高速で繰り返す。また、各状態に応じ
て表示の内容も切り替えて制御を行い、シフトして時間
的に重ね合わせた画像でカラー表示を行う。

【０１０５】像シフト用レンズ１８の駆動は、図１６で
述べたアクチュエータ１９により、画素サイズと同オー
ダー、即ち１０μｍから数１０μｍの単位で行われる。
アクチュエータとしては、例えばＭＣ（ムービングコイ
ル）やＭＭ（ムービングマグネット）等が、高出力で高
速駆動するのに適している。

【０１０６】上述した画素シフトの構成を例１として改
めて示すと、以下のようになる。Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２・・・・・・・・（１フレーム目）・・・・Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２・・・・・・・・・・・・Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２・・・・・・・・（２フレーム目）

【０１０７】本例ではスクリーン上で、表示パネルの同
一色の複数画素ずつ画素シフトする機構により、１フレ
ーム中に３段階でシフトを行い、次のフレームの初めに
元へ戻るが、この構成では光源に強度ムラがあった場
合、同一色で別の場所の画素（例えばＲ１とＲ２）で明
るさの差が生じる。

【０１０８】これを防止するための画素シフトの構成
を、例２として以下に示す。Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２・・・・・・・・・・（１フレーム目）・・Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２・・・・・・・・・・・・Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２・・・・・・・・・・・・Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２・・・・・・・・・・・・Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２・・・・・・・・・・・・Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２・・・・・・・・・・（２フレーム目）

【０１０９】本例ではスクリーン上で、表示パネルの同
一色で別の場所の画素が重なるように画素シフトする機
構により、１フレーム中に６段階でシフトを行い、次の
フレームの初めに元へ戻る構成である。これにより明る
さムラを抑える事ができるが、ここでは画素シフトの駆
動制御を頻繁に行う必要が生じる。

【０１１０】駆動制御に余裕を持たせたままで明るさム
ラを防止するための画素シフトの構成を、例３として以
下に示す。Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２・・・・・・・・（１フレーム目）・・・・Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２・・・・・・・・・・・・Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２・・・・・・・・（２フレーム目）・・・・Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２・・・・・・・・・・・・Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２Ｒ１Ｒ２Ｇ１Ｇ２Ｂ１Ｂ２・・・・・・・・（３フレーム目）

【０１１１】本例ではスクリーン上で表示パネルの同一
色の複数画素ずつ画素シフトする機構により、１フレー
ム中に３段階でシフトを行い、次のフレームの初めに、
表示パネルの同一色で別の場所の画素が重なる位置に戻
り、同様に３段階でシフトを行って、更に次のフレーム
の初めに、最初の位置に戻る構成である。尚、以上に説
明した画素シフトの構成では、同一色の画素が２個隣合
って並ぶ例を示したが、これに限定される訳では勿論な
く、実際は数個隣合う構成も可能であり、画素シフトの
構成も様々な組み合わせが考えられる。

【０１１２】図２４は、本発明の第４の実施形態の表示
光学装置を模式的に示す構成図である。各部の配置は本
来３次元的なものであるが、理解を助けるために、平面
状に記載している。同図において、１は光源であり、２
は光源１を取り囲むように配置されるリフレクターであ
る。また、７はリフレクター２の光の射出口２ａを覆う
ように配置され、光源１及びリフレクター２からの光に
含まれる紫外線及び赤外線をカットするＵＶＩＲカット
フィルターである。

【０１１３】ＵＶＩＲカットフィルター７の後方（図の
右方）には、第１レンズアレイ４、少し離れて第２レン
ズアレイ６、その直後に重ね合わせレンズ８が配置され
ている。尚、ここでは図示しないが、第１レンズアレイ
４は、格子状に組み合わされた各セルを有しており、第
２レンズアレイ６は、第１レンズアレイ４とは別の格子
状に組み合わされた各セルを有している。各セルの長辺
と短辺との長さの比は、後述する表示パネルの表示面の
それと同じ、即ち相似形になっている。また、第２レン
ズアレイ６と重ね合わせレンズ８との間には、後述する
マスク板３１が設けられている。

【０１１４】そして、第１レンズアレイ４は、複屈折回
折格子を有しており、第２レンズアレイ６の各セルの短
辺方向に、光源１及びリフレクター２からの光９の偏光
分離を行う。第１レンズアレイ４、第２レンズアレイ６
を通じて偏光変換が行われ、光源１及びリフレクター２
からの光９（不図示）は特定の偏光に揃えられて出てく
る。この構成を偏光変換装置と呼ぶ。これらの詳細な関
係については後述する。

【０１１５】また、第２レンズアレイ６とその直後の重
ね合わせレンズ８により、後述する表示パネルに、第１
レンズアレイ４の各セルの像が重なり合うようにしてい
る。尚、重ね合わせレンズ８は、第２レンズアレイ６と
一体に成形されていても良い。以上の第１レンズアレイ
４から重ね合わせレンズ８までを、インテグレータ光学
系Ｉと呼び、光軸をＬとする。この、重ね合わせレンズ
８の焦点位置にコンデンサーレンズ３２が配置されてい
る。或いは、より照明の効率をよくするために、重ね合
わせレンズ８とコンデンサーレンズ３２の合成焦点位置
を表示パネルとしても良い。本件では説明しやすくする
ために、前者の構成としている。

【０１１６】そして、重ね合わせレンズ８とコンデンサ
ーレンズ３２との間に、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）
それぞれの波長領域の光を反射する色分解光学系として
のダイクロイックミラーＲ_m，Ｇ_m，Ｂ_mがそれぞれ異な
った傾きで配置されている。そして、光軸ＬでＵＶＩＲ
カットフィルター７を透過してきた光９が、Ｒ_m，Ｇ_m，
Ｂ_mそれぞれのダイクロイックミラーで反射され、それ
ぞれ異なった角度の光軸Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_B（それぞれ破
線，実線，点線で示す）で後方（図の下方）に配置され
たコンデンサーレンズ３２に到達するようにしている。
尚、ダイクロイックミラーＢ_mは全反射ミラーでも良
い。

【０１１７】コンデンサーレンズ３２の後方（図の下
方）には、マイクロシリンダーレンズアレイ３３が配置
されている。このマイクロシリンダーレンズアレイはマ
イクロレンズアレイとしても良い。更にその後方には、
ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）プリズム１４が配置
されている。このＰＢＳプリズム１４は、Ｓ偏光を反射
して、Ｐ偏光を透過する性質を持つ。一方、光源１及び
リフレクター２からの光９は、上述した偏光変換によっ
て、ＰＢＳプリズム１４に対してほぼＳ偏光に揃えられ
て、光軸Ｌａに沿って入射する。

【０１１８】そのため、ＰＢＳプリズム１４によって、
光９はその殆どが反射され、図の左方の表示パネル１６
に向かう。そして、上記ダイクロイックミラーによって
色分解された光９は、上記マイクロシリンダーレンズア
レイ３３によって、照明光として各色毎に表示パネル１
６の異なる画素を照明する。詳しくは後述する。この照
明により、表示パネル１６全体は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色そ
れぞれにより順にストライプ状に照明され、各色に照明
された画素は各色の情報表示を行う。以上説明した構成
を、照明光学装置の一例とする。

【０１１９】表示パネル１６は反射型液晶表示パネルで
あり、強誘電液晶，高速ＴＮ型液晶等のＯＮ，ＯＦＦ切
換の応答性の良い素子が使用される。そして、ここに照
明された光を、画素毎に表示情報に応じて偏光面を回転
させたり（ＯＮ）、回転させなかったり（ＯＦＦ）して
反射する。このとき、ＯＦＦの反射光はＰＢＳプリズム
１４に戻るが、Ｓ偏光のままであるので、ここで反射さ
れ、光源側へと戻される。

【０１２０】一方、ＯＮの反射光は、Ｐ偏光に変換され
ているので、ＰＢＳプリズム１４に戻ってここを透過
し、光軸Ｌｂに沿って投影光である光２１として次の投
影光学系１７に到る。この投影光学系１７により、表示
パネル１６の表示情報が図示しないスクリーンに投影さ
れる。尚、光２１は図示を省略している。以上説明した
投影光学系及びスクリーンの構成を、投影光学装置の一
例とする。

【０１２１】図２５は、本発明の第５の実施形態の表示
光学装置を模式的に示す構成図である。各部の配置は本
来３次元的なものであるが、理解を助けるために、平面
状に記載している。同図において、１は光源であり、２
は光源１を取り囲むように配置されるリフレクターであ
る。また、７はリフレクター２の光の射出口２ａを覆う
ように配置され、光源１及びリフレクター２からの光に
含まれる紫外線及び赤外線をカットするＵＶＩＲカット
フィルターである。

【０１２２】ＵＶＩＲカットフィルター７の後方（図の
右方）には、第１レンズアレイ４、少し離れて第２レン
ズアレイ６、その直後に重ね合わせレンズ８が配置され
ている。尚、ここでは図示しないが、第１レンズアレイ
４は、格子状に組み合わされた各セルを有しており、第
２レンズアレイ６は、第１レンズアレイ４とは別の格子
状に組み合わされた各セルを有している。各セルの長辺
と短辺との長さの比は、後述する表示パネルの表示面の
それと同じ、即ち相似形になっている。また、第２レン
ズアレイ６と重ね合わせレンズ８との間には、後述する
マスク板３１が設けられている。

【０１２３】また、第２レンズアレイ６とその直後の重
ね合わせレンズ８により、後述する表示パネルに、第１
レンズアレイ４の各セルの像が重なり合うようにしてい
る。尚、重ね合わせレンズ８は、第２レンズアレイ６と
一体に成形されていても良い。以上の第１レンズアレイ
４から重ね合わせレンズ８までを、インテグレータ光学
系Ｉと呼び、光軸をＬとする。この、重ね合わせレンズ
８の焦点位置にコンデンサーレンズ３２が配置されてい
る。

【０１２４】そして、重ね合わせレンズ８とコンデンサ
ーレンズ３２との間に、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）
それぞれの波長領域の光を反射する色分解光学系として
のダイクロイックミラーＲ_m，Ｇ_m，Ｂ_mがそれぞれ異な
った傾きで配置されている。そして、光軸ＬでＵＶＩＲ
カットフィルター７を透過してきた光９が、Ｒ_m，Ｇ_m，
Ｂ_mそれぞれのダイクロイックミラーで反射され、それ
ぞれ異なった角度の光軸Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_B（それぞれ破
線，実線，点線で示す）で後方（図の下方）に配置され
たコンデンサーレンズ３２に到達するようにしている。
尚、ダイクロイックミラーＢ_mは全反射ミラーでも良
い。

【０１２５】コンデンサーレンズ３２の後方（図の下
方）には、マイクロシリンダーレンズアレイ３３が配置
されている。このマイクロシリンダーレンズアレイはマ
イクロレンズアレイとしても良い。また、マイクロシリ
ンダーレンズアレイ３３の後方には、ＴＩＲプリズム２
２が配置されている。ＴＩＲプリズム２２は、それぞれ
三角柱状をしたガラス等より成るプリズム２２ｂ，２２
ａの或面同士が向かい合った構成となっている。プリズ
ム２２ｂは、入射面２２ｂａ，射出面を兼ねた全反射面
２２ｂｂ，及び入射出面２２ｂｃを有し、プリズム２２
ａは、入射面２２ａａ及び射出面２２ａｂを有してい
る。互いに向かい合った全反射面２２ｂｂと入射面２２
ａａとの間隔は、数μｍ〜数十μｍとなっている。

【０１２６】コンデンサーレンズ３２を透過した、光源
１及びリフレクター２からの光９は、まず、プリズム２
２ｂに対して、光軸Ｌａに沿って入射面２２ｂａに入射
する。そして、全反射面２２ｂｂに臨界角を超える入射
角で入射する事によって、光９はその殆どが反射され、
入射出面２２ｂｃより射出し、照明光として表示パネル
１６に向かう。以上説明した構成を、照明光学装置の一
例とする。表示パネル１６はＤＭＤで構成されており、
ここに照明された光９を、画素毎に表示情報に応じてＯ
Ｎの状態のマイクロミラー或いはＯＦＦの状態のマイク
ロミラーで反射する。このとき、ＯＮの反射光は、入射
出面２２ｂｃに入射してプリズム２２ｂに戻る。

【０１２７】そして、全反射面２２ｂｂに臨界角以内の
入射角で入射してここを透過し、更に入射面２２ａａに
入射して、プリズム２２ａを透過して射出面２２ａｂよ
り射出し、光軸Ｌｂに沿って投影光である光２１として
投影光学系２４に到る。この投影光学系２４により、表
示パネル１６の表示情報が図示しないスクリーンに投影
される。尚、光２１は図示を省略している。一方、ＯＦ
Ｆの反射光は、プリズム２２ｂ，２２ａを透過しても、
最終的に投影光学系２４に到らない方向へと射出する。

【０１２８】以上説明した投影光学系及びスクリーンの
構成を、投影光学装置の一例とする。尚、表示パネル１
６としてＤＭＤの代わりに強誘電液晶，高速ＴＮ型液晶
等を使用する事もできるが、その場合は偏光板が別途必
要となる。具体的には、ＴＩＲプリズム２２の照明光入
射側と投影光射出側とに、それぞれ偏光板を互いに偏光
面が光学的に直交するように配設するか、或いはＴＩＲ
プリズム２２と表示パネル１６との間に偏光板を配置す
る必要がある。

【０１２９】図２６は、本発明の第４或いは第５の実施
形態の表示光学装置の主要部分を拡大して示す模式図で
あり、同図（ａ）は全体図、同図（ｂ）は上記インテグ
レータ光学系部分の側面図である。図２４，図２５での
説明と同様にして、光軸Ｌに沿って入射してきた光９
は、インテグレータ光学系Ｉの第１レンズアレイ４に到
達する。第１レンズアレイ４の後方（図の下方）には、
少し離れて第２レンズアレイ６、その直後に重ね合わせ
レンズ８が配置されている。第２レンズアレイ６と重ね
合わせレンズ８との間には、第２レンズアレイ６の各セ
ルの開口幅を規制する開口部であるスリット３１ａを有
するマスク板３１が設けられている。詳しくは後述す
る。

【０１３０】第１レンズアレイ４は、格子状に組み合わ
された各セル４ａを有しており、第２レンズアレイ６
は、第１レンズアレイ４とは別の格子状に組み合わされ
た各セル６ａを有している。これら各セルは、同図
（ａ）の左右方向を長辺方向としている。第１レンズア
レイ４に到達した光９は、その個々のセル４ａ毎に、そ
の後方に少し離れて配置された第２レンズアレイ６の個
々のセル６ａ上に結像する。

【０１３１】また、第１レンズアレイ４は、同図（ｂ）
に示すように、複屈折回折格子を有しており、第２レン
ズアレイ６の各セルの短辺方向に、光９の偏光分離を行
う。ここでは第１レンズアレイ４、第２レンズアレイ６
を通じて偏光変換が行われ、光９は特定の偏光に揃えら
れて出てくる。この偏光変換の原理は、上記図２（ｂ）
で説明した内容と同じである。但し、このような偏光変
換装置は、ＤＭＤ，ＴＩＲプリズムを使用する上記図２
５で示した第５の実施形態の構成においては不要であ
る。

【０１３２】続いて、図２６（ａ）に戻って説明する
と、第２レンズアレイ６とその直後の重ね合わせレンズ
８により、後述する表示パネル１６に、第１レンズアレ
イ４の各セルの像が重なり合うようにしている。重ね合
わせレンズ８から出た光９は、Ｒ_m，Ｇ_m，Ｂ_mそれぞれ
のダイクロイックミラーで反射され、ＲＧＢに色分解さ
れてそれぞれ異なった角度の光軸Ｌ_R，Ｌ_G，Ｌ_B（それ
ぞれ破線，実線，点線で示す）で後方（図の右方）に配
置されたコンデンサーレンズ３２に到達する。

【０１３３】そして、マイクロシリンダーレンズアレイ
３３及び照明・投影分離光学系３４を経て、このマイク
ロシリンダーレンズアレイ３３の各マイクロシリンダー
レンズ３３ａの働きによって、各色毎に表示パネル１６
を照明する。尚、マイクロシリンダーレンズ３３ａの代
わりに回折レンズとしても良い。また、照明・投影分離
光学系３４とは、上記図２４に示した第４の実施形態に
おけるＰＢＳプリズム１４、或いは上記図２５に示した
第５の実施形態におけるＴＩＲプリズム２２のように、
照明光と投影光の分離を行う光学系を意味している。

【０１３４】このようにして、照明・投影分離光学系の
直前（照明側入射位置）にマイクロシリンダーレンズア
レイを配置する事で、数十画素毎にＲＧＢ各色の領域と
なる照明を行うが、更にマイクロシリンダーレンズアレ
イ３３を、図２６或いは図２４，図２５の矢印Ｇｗで示
すように、その表面に沿って１フレーム内に微細ピッチ
で或いは連続的に駆動し、画素上の照明光を移動してい
る。そして、これに連動した画素表示を行う事で、全画
面において良好なカラー表示を行う事ができる。

【０１３５】具体的には、図２７に示すように、表示パ
ネル１６上にＲＧＢ各色でストライプ状の照明（以下、
単にストライプと呼ぶ）を行い、これを矢印Ｇｗで示す
方向に、１フレームの時間を一周期として移動させる。
ここでのストライプｓのピッチは１〜２ｍｍであり、表
示パネル１６の画素の大きさと比較すると粗いものとな
っている。このようにして、各画素に対してそれぞれＲ
ＧＢの光が順次照明される構成となっている。

【０１３６】図２８は、上述したマスク板３１の構成を
模式的に示す図である。同図（ａ）はマスク板３１の概
略構成、及び第２レンズアレイ６との光軸上から見た位
置関係を示している。また、同図（ｂ）は、照明光とし
ての上記各ストライプの横断面方向より見た、表示パネ
ル上の位置と光の強度との関係を示すグラフである。ま
ず、同図（ａ）において、第２レンズアレイ６は、各セ
ル６ａが格子状に配列されており、レンズアレイ全体が
略正方形となっている。具体的には、各セル６ａがその
長辺方向に４個、短辺方向に６個配列されている。

【０１３７】但し、このような配列に限定されるもので
はなく、各セル６ａは例えば長辺方向に４〜８個配列さ
れ、短辺方向には、レンズアレイ全体として略正方形と
なるように、長辺と短辺の長さの比に応じた個数だけそ
れぞれ配列される。ここで、第２レンズアレイ６は、こ
れに重ねて配置されたマスク板３１により、そのスリッ
ト３１ａの部分だけ開口している。即ち、この部分だけ
光が透過する状態である。具体的には、第２レンズアレ
イ６の各セル６ａの中央で、長辺方向に１／３の幅ａ₀
だけ開口した状態となっている。尚、スリットは、単に
孔が開いている状態でも良いし、この部分が透明となっ
ている状態でも良い。

【０１３８】このような構成により、各セル上の光源像
Ｌｉの幅が規制され、結果として上記表示パネル上に照
明される各ストライプの幅が規制されて、隣合うストラ
イプ同士の干渉を計算上は防止する事ができる。しかし
ながら、上述のように１／３幅開口した状態では、実際
は誤差や収差等の影響により、同図（ｂ）に示すよう
に、各ストライプの幅の規制が十分ではなく、隣合うス
トライプ同士、即ち点線で示すＢのストライプと破線で
示すＲのストライプ、或いはＲのストライプと実線で示
すＧのストライプとが、まだ部分的に干渉しており、画
像の色純度低下の原因となる。

【０１３９】そこで、上記開口の幅を更に規制する。図
２９は、開口幅を小さくしたマスク板３１の構成を模式
的に示す図である。同図（ａ）はそのマスク板３１の概
略構成、及び第２レンズアレイ６との光軸上から見た位
置関係を示している。また、同図（ｂ）は、この構成に
おける各ストライプの表示パネル上の位置と光の強度と
の関係を示すグラフである。

【０１４０】同図（ａ）において、マスク板３１の中央
寄りのスリット３１ａの開口幅をａ₁，周辺寄りのスリ
ット３１ａの開口幅をａ₂とすると、ａ₁は例えば上記ａ
₀の０．７〜０．９５倍であり、ａ₂はａ₁より更に小さ
い値となっている。つまり、スリット３１ａが周辺に近
いほど、開口幅を小さくしている。これは、レンズアレ
イの各セルの内、周辺に近いものほどその各セル上の光
源像Ｌｉは、収差の影響で楕円状に歪んで小さくなるの
で、この部分の開口幅を多めに規制する事により、照明
効率の悪化を抑制しつつ上記各ストライプの幅を効果的
に規制し、各ストライプ同士の干渉を防止して、色純度
を損なわないようにするものである。

【０１４１】このような構成により、同図（ｂ）に示す
ように、各ストライプの幅が十分に規制され、隣合うス
トライプ同士、即ち点線で示すＢのストライプと破線で
示すＲのストライプ、或いはＲのストライプと実線で示
すＧのストライプとが、互いに干渉する事なく、しかも
離れてしまう事もないので、照明効率も色純度も保たれ
る事となる。

【０１４２】さらに、照明効率と各ストライプの幅の規
制とを更に効果的に両立させる構成として、濃度フィル
ターを用いる方法がある。これは、図３０に示すよう
に、マスク板３１の各スリット３１ａの開口幅ａ₀の周
辺付近で、その周辺に近づくに従って透過率が低下して
行くようにした構成である。これにより、照明効率を保
ったまま各ストライプの幅を更に効果的に規制し、各ス
トライプ同士の干渉を防止して、色純度を損なわないよ
うにする事ができる。

【０１４３】また、他の構成として、スリットの開口幅
を可変にする方法がある。これは、例えば図３１に示す
ように、実線で示すマスク板３１と破線で示すマスク板
３５とを重ね合わせ、各スリット３１ａ，３５ａが重な
りあった部分を実際のスリットとして使用するものであ
る。この場合、各マスク板３１，３５は、同図のスリッ
ト開口幅方向である矢印Ｈｗに沿って、互いに連動して
それぞれ逆方向に駆動される構成となっている。これに
より、スリットの中心位置が第２レンズアレイ６の各セ
ル６ａに対してずれる事なく、その開口幅を調節する事
ができる。

【０１４４】開口幅の調節は、装置外部の光の強さに従
って行われる。つまり、本実施形態の表示光学装置を使
って画像投影を行う際に、使用する部屋の明るさに応じ
てスリットの開口幅を変化させる。即ち、部屋が比較的
明るいときは、投影画像も明るくして見やすくするため
に、スリットの開口幅を大きくし、逆に部屋が比較的暗
いときは、投影画像の色純度を重視して画質を高めるた
めに、スリットの開口幅を小さくする。或いは、装置の
出荷前に標準的な開口幅となるように調整して固定して
も良い。

【０１４５】マスク板の駆動については、外部の光の強
さを装置に設けたセンサー（不図示）により検出し、そ
れをフィードバックして図示しないモーター等により行
う方法でも良いし、使用者が投影画像を見ながら手動で
行う方法でも良い。尚、以上説明したようなマスク板を
使う構成は、上述した第１，第２の実施形態において
も、インテグレータ光学系と色分離を行うダイクロイッ
クミラーとの配置を交替した上で、使用する事ができ
る。

【０１４６】ところで、上述したマイクロシリンダーレ
ンズアレイ３３の駆動方法について以下に述べる。図３
２は、マイクロシリンダーレンズアレイを往復駆動する
例を模式的に示している。同図において、マイクロシリ
ンダーレンズアレイ３３は、光軸方向より見た状態で描
かれている。マイクロシリンダーレンズアレイ３３の、
各マイクロシリンダーレンズ３３ａの長手方向に沿った
側面３３ｂの中央付近には、カム３６が当接しており、
反対側の側面３３ｃは、例えばバネ３７により付勢さ
れ、マイクロシリンダーレンズアレイ３３をカム３６に
押しつける状態となっている。

【０１４７】このとき、カム３６が軸３６ａ周りに回転
すると、その偏心によりマイクロシリンダーレンズアレ
イ３３が、マイクロシリンダーレンズ３３ａの配列の１
ピッチｐだけ矢印Ｇｗ方向に往復駆動される。これによ
り、ここでは図示しない表示パネル１６の画素上の照明
光を移動させる事ができる。

【０１４８】また、図３３は、マイクロシリンダーレン
ズを連続駆動する例を斜視図で示している。ここでは多
数のマイクロシリンダーレンズ３８ａがベルト状に連結
されて輪状を成している。これをマイクロシリンダーレ
ンズ群３８と呼ぶ。マイクロシリンダーレンズ群３８
は、軸支された２個のプーリー３９に連架されており、
そのプーリー３９間にはＰＢＳプリズム１４が配設され
ている。今、プーリー３９が図示しないモーター等によ
り各矢印方向に回転すると、マイクロシリンダーレンズ
群３８が回転し、マイクロシリンダーレンズ３８ａがそ
の配列方向即ち矢印Ｇｗで示す方向に連続駆動される。

【０１４９】このとき、光９が矢印で示す光軸方向より
マイクロシリンダーレンズ群３８に入射すると、マイク
ロシリンダーレンズ３８ａを経てＰＢＳプリズム１４に
到達し、ここで反射されて下方の表示パネル１６を照明
する。ここでは表示パネル１６上の照明光が連続的に移
動する事となる。尚、同図のマイクロシリンダーレン
ズ，ＰＢＳプリズム，表示パネルの位置関係は、図２４
に示したものとは若干異なっている。

【０１５０】尚、特許請求の範囲で言う照明光学系は、
実施形態における照明光学装置に対応している。

【０１５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画素ピッチが細かい表示パネルにおいても、効率の良い
構成が可能な、高解像度の表示光学装置を提供する事が
できる。

【０１５２】特に、照明光学系に光源像を規制する開口
部を有するマスク板を備え、所定の配置構成とする事に
より、表示パネル上に照明されるＲＧＢ各ストライプの
幅が規制されて、隣合うストライプ同士の干渉を防止す
る事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の表示光学装置を模式
的に示す構成図。

【図２】第１の実施形態の表示光学装置の主要部分を拡
大して示す模式図。

【図３】複屈折マイクロシリンダーレンズアレイの材料
構成を示す模式図。

【図４】画素上の照明光を移動する事によりカラー表示
を行う原理の説明図（構成）。

【図５】画素上の照明光を移動する事によりカラー表示
を行う原理の説明図（動作）。

【図６】本発明の第２の実施形態の表示光学装置を模式
的に示す構成図。

【図７】スクリーン上の投影光を移動する事によりカラ
ー表示を行う原理の説明図（構成）。

【図８】スクリーン上の投影光を移動する事によりカラ
ー表示を行う原理の説明図（動作）。

【図９】ＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す斜視
図（従来例）。

【図１０】ＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す斜
視図（第１の実施形態）。

【図１１】ＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に示す斜
視図（第２の実施形態）。

【図１２】従来のＴＩＲプリズム付近の構成を模式的に
示す図。

【図１３】従来の構成における照明光と投影光の角度範
囲を示す図。

【図１４】第１の実施形態の構成における照明光と投影
光の角度範囲を示す図。

【図１５】第２の実施形態の構成における照明光と投影
光の角度範囲を示す図。

【図１６】本発明の第３の実施形態の表示光学装置を模
式的に示す構成図。

【図１７】複屈折回折格子と第１，第２レンズアレイと
の関係を模式的に示す分解斜視図。

【図１８】インテグレータが１段の場合の第１，第２レ
ンズアレイの位置関係を模式的に示す正面図。

【図１９】複屈折マイクロレンズアレイと表示パネルと
の関係を模式的に示す図。

【図２０】複屈折マイクロレンズアレイの材料構成を示
す模式図。

【図２１】投影光学系における画素シフトの原理を模式
的に示す斜視図。

【図２２】従来の一例であるマイクロレンズアレイと表
示パネルとの関係を模式的に示す図。

【図２３】従来の他の例であるマイクロレンズアレイと
表示パネルとの関係を模式的に示す図。

【図２４】本発明の第４の実施形態の表示光学装置を模
式的に示す構成図。

【図２５】本発明の第５の実施形態の表示光学装置を模
式的に示す構成図。

【図２６】本発明の第４或いは第５の実施形態の表示光
学装置の主要部分を拡大して示す模式図。

【図２７】表示パネル上にＲＧＢ各色でストライプ状の
照明を行う様子を模式的に示す図。

【図２８】マスク板の構成を模式的に示す図。

【図２９】開口幅を小さくしたマスク板の構成を模式的
に示す図。

【図３０】濃度フィルターを用いたマスク板の構成を模
式的に示す図。

【図３１】スリットの開口幅を可変にしたマスク板の構
成を模式的に示す図。

【図３２】マイクロシリンダーレンズアレイを往復駆動
する例を示す模式図。

【図３３】マイクロシリンダーレンズアレイを連続駆動
する例を示す斜視図。

【符号の説明】

１光源２リフレクター３複屈折回折格子４第１レンズアレイ６第２レンズアレイ７ＵＶＩＲカットフィルター８重ね合わせレンズ１４ＰＢＳプリズム１５複屈折マイクロレンズアレイ１６表示パネル１７投影光学系１８像シフト用レンズ１９アクチュエータ２２ＴＩＲプリズム２３，３２コンデンサーレンズ３１，３５マスク板３３マイクロシリンダーレンズアレイ３４照明・投影分離光学系Ｒ_m，Ｇ_m，Ｂ_m ダイクロイックミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H091 FA02X FA07X FA14X FA21X FA29X FA41Z FD07 HA12 LA21 LA30 5G435 AA00 BB12 BB16 BB17 CC12 DD02 DD04 FF03 FF05 FF13 GG01 GG02 GG03 GG04 GG11 GG16 GG28 LL15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光を所定の波長領域毎に異な
った方向に分離し、該分離された照明光としての光を連
続的に或いは微小ピッチでシフトして、表示パネルに照
明する照明光学系を備え、前記照明光はＲＧＢ３色の光
が交互に複数配列され、各同一色の光が前記表示パネル
の隣合った複数個の画素を照明する表示光学装置におい
て、前記照明光学系は、光源像を規制する開口部を有するマ
スク板を備え、該マスク板以降に光源からの光を所定の
波長領域毎に異なった方向に分離する色分解光学系を設
けた事を特徴とする表示光学装置。
【請求項２】前記開口部は複数である事を特徴とする
請求項１に記載の表示光学装置。
【請求項３】前記照明光学系は、レンズアレイより成
るインテグレータを備え、前記開口部が該レンズアレイ
の各セルの開口幅を規制するように前記マスク板を配置
した事を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の表示
光学装置。
【請求項４】前記各セルの開口幅は、該各セルの全幅
の３分の１以下である事を特徴とする請求項３に記載の
表示光学装置。
【請求項５】前記各セルの開口幅は、前記レンズアレ
イの周辺に近いほど狭くなる事を特徴とする請求項３又
は請求項４に記載の表示光学装置。
【請求項６】前記マスク板の開口部に濃度フィルター
を用いた事を特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか
に記載の表示光学装置。
【請求項７】前記マスク板の開口部の幅を調節可能と
した事を特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記
載の表示光学装置。