画像表示装置
【課題】投射光学系の瞳形状を所望の方向に非対称にすることで、製造誤差に対する敏感度を低減し、収差を良好に補正しながら小型化を達成する。
【解決手段】空間光変調素子と、第１方向及び第１方向と垂直な第２方向に複数個ずつ配列された複数個のＬＥＤ光源１２を含む光源ユニット２０からの光束により空間光変調素子を照明する。投射光学系は回転非対称な反射曲面を含み、空間光変調素子の像を被投射面に拡大投影する。ＬＥＤ光源１２の発光領域の第１方向の幅Ｄ１と第２方向の幅Ｄ２とが互いに異なり、投射光学系が第１方向と第２方向とで互いに幅が異なる開口を有する絞りを備える。
【解決手段】空間光変調素子と、第１方向及び第１方向と垂直な第２方向に複数個ずつ配列された複数個のＬＥＤ光源１２を含む光源ユニット２０からの光束により空間光変調素子を照明する。投射光学系は回転非対称な反射曲面を含み、空間光変調素子の像を被投射面に拡大投影する。ＬＥＤ光源１２の発光領域の第１方向の幅Ｄ１と第２方向の幅Ｄ２とが互いに異なり、投射光学系が第１方向と第２方向とで互いに幅が異なる開口を有する絞りを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フロントプロジェクタ、リアプロジェクタ等の画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、画像表示装置は液晶表示パネルやマイクロミラーアレイデバイスを空間光変調素子として使用し、光の透過と遮断又は偏光を制御して、選択された光パターンを投射光学系によって投射することで、被投射面に映像を表示する。
【０００３】
この画像表示装置に用いられる照明装置としては、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の高輝度放電ランプと、これらの光源からの照明光を平行化する放物面リフレクタから成るものが一般的である。しかし、高輝度放電ランプには、放熱のための冷却装置の設置により照明装置が大型化し、寿命が数千時間と短いなどの課題が存在する。
【０００４】
そこで近年では、新しい光源として半導体を用いた光源が注目され、中でもＬＥＤ（発光ダイオード）の改良はめざましく、照明用途に耐え得る高輝度で高効率な製品が開発されつつある。例えば、特許文献１による図１８に示すようなＬＥＤ１の背後に凹面状反射体２を配置した反射型ＬＥＤパッケージや、特許文献２の図１９に示すようなＬＥＤ３の周囲を合成樹脂材４でレンズ状にモールドした砲弾型のＬＥＤパッケージが知られている。
【０００５】
ＬＥＤは前述した高輝度放電ランプと比較して、小型、軽量、低消費電力、長寿命、点灯の高速応答等の点で有利ではあるが、現在のところＬＥＤを光源とする画像表示装置において、画面において十分な輝度を得ることは難しい。その理由は、ＬＥＤは効率の点で未だ超高圧水銀ランプに及んでおらず、定格限界の電流を注入しても１つのＬＥＤから得られる光量が小さいからである。そのため、光量を稼ぐために複数のＬＥＤを平面上に並べてアレイ化する方法がある。
【０００６】
例えば、特許文献３では複数の固体発光素子をマトリックス状に配置し、固体発光素子のそれぞれからの光束を空間光変調素子上に重畳するインテグレート照明により輝度向上を達成している。また、例えば特許文献４では複数の固体発光素子を二次元配列し、各固体発光素子の発光面と空間光変調素子を共役な関係に配置することによって、発光面の拡大像を空間光変調素子上に重畳することにより、均一で高輝度な照明を実現している。
【０００７】
プロジェクタやリアプロジェクタ等の画像表示装置に用いられる投射光学系としては、従来から特許文献５などに示される物体面中心と像面中心を結ぶ光軸が折れ曲がっていない共軸光学系の広角レンズを用いたものがよく知られている。
【０００８】
しかし近年では、特許文献６に示されるような光軸が折れ曲がったオフアキシャル（Off Axial:偏芯）光学系と呼ばれ、構成面が非共軸となっている投射光学系も提案されている。このオフアキシャル光学系には、斜め投射時の台形歪みの補正が可能であることや、共軸系と比較して広角化が容易となる利点がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１８５７６０号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４５１３号公報
【特許文献３】特開２００１−２８１７６０号公報
【特許文献４】特開２００４−２８６８５８号公報
【特許文献５】特開２００５−１０６９４８号公報
【特許文献６】特開２００５−２４６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したような反射面を用いたオフアキシャル光学系は、従来の共軸光学系に対して有利な特性を多く持つが、面精度や偏心などの製造誤差に敏感なことが多く、量産を行う際に問題点として挙げられている。例えば、面形状に非対称な誤差が発生すると、像面全域に渡って像面内の直交する２方向でのピント位置ずれ、つまり非点隔差が発生し、これを機械的な調整で除去することは困難である。
【００１１】
そこで、特許文献６ではこの問題点の解決策として、オフアキシャル光学系の瞳を、オフアキシャル断面とその断面に垂直方向の断面において、非対称となるような構成とすることを開示している。これにより、オフアキシャル光学系の製造誤差に対する敏感度が低減し、収差を良好に補正しながら小型化を達成できる。即ち、反射面を用いたオフアキシャル光学系を画像表示装置の投射光学系として用いるためには、非対称な瞳形状を画像表示装置全体での照明効率を低下させずに達成するための照明光学系が不可欠である。
【００１２】
従来の高輝度放電ランプとリフレクタの組み合わせを光源として用いた画像表示装置では、リフレクタの開口がほぼ円形状をしているため、一般的に回転対称な絞り形状を持つ投射光学系が採用されている。或いは、照明光学系にシリンドリカルレンズ等を配置して、所望の方向へ照明光束を圧縮する手法により、投射光学系の絞りを非対称形状としているものも知られている。
【００１３】
しかし、光源の面積と光束の発散立体角の積を光学系において保存（エテンデュの保存）することから、投射光学系の絞り形状の制御には限界がある。この限界を解決するためには、光源自体に縦横比が異なる形状を持たせることが望ましく、そのためには小型の固体発光素子をアレイ状に配置し、所望の投射光学系の絞り形状に合わせた形状とする必要がある。
【００１４】
しかし、特許文献３、４は輝度向上や空間光変調素子上の輝度むらの低減を主目的として、固体発光素子をアレイ化している。そのため、光源と投射光学系の瞳や絞りとの関係は記載されておらず、投射光学系の絞り形状を制御するためのものではなく、本発明とは趣旨が異なっている。
【００１５】
本発明の目的は、上述の課題を解消し、投射光学系の瞳形状を所望の方向に非対称にすることで、製造誤差に対する敏感度を低減し、収差を良好に補正しながら小型化を達成する画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述の目的を達成するための本発明に係る画像表示装置の技術的特徴は、空間光変調素子と、第１方向及び該第１方向と垂直な第２方向に複数個ずつ配列された複数個の固体発光素子を含む光源ユニットからの光束で、前記空間光変調素子を照明する照明光学系と、回転非対称な反射曲面を含み前記空間光変調素子の像を被投射面に拡大投影する投射光学系とを備えた画像表示装置であって、前記固体発光素子の発光領域の前記第１方向の幅と前記第２方向の幅とが互いに異なり、前記投射光学系が前記第１方向と前記第２方向とで互いに幅が異なる開口を有する絞りを備えることにある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る画像表示装置によれば、第１方向とそれと垂直な第２方向とで幅が異なる発光領域を持つ光源ユニットと、第１方向と第２方向とで幅が異なる開口の絞りとを有することによって、照明効率を高くすることができる。これにより、明るい画像を表示することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明を図１〜図１７に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は実施例１の光源ユニットの正面図であり、この光源ユニットは後述する図２、図３で用いる光源ユニットや、或いは後述する実施例３の図１１等で示す画像表示装置（プロジェクタ）等に用いられる光源ユニットである。この光源ユニット１１では、固体発光素子である複数個のＬＥＤ光源１２が、縦方向（第１方向）に８列、縦方向と垂直な横方向（第２方向）に２列の矩形状に配置されている。ＬＥＤ光源１２の発光領域の縦対横の比が４：１（８：２）となるように配列されている。
【００２０】
図２は照明光学系の光軸と縦方向とを含む平面による断面図、図３は照明光学系の光軸を含み、図２の断面と垂直な平面による断面図を示す。光源ユニット１１の前方には、空間光変調素子１４、光源ユニット１１からの光束で空間光変調素子を照明する照明光学系１３、空間光変調素子１４からの光束を被投射面Ｓに投射する投射光学系１５が配置されている。この投射光学系１５は回転非対称な反射面を複数備えるオフアキシャル投射光学系であり、投射光学系１５内には絞り部材として、縦横比が異なる開口を持つ絞り面１６が配列されている。
【００２１】
なお、このオフアキシャル投射光学系に含まれる回転非対称な反射面（自由曲面）は複数面以上であればよいが、好ましくは４面かそれ以上の面数であることが望ましい。また、これらの複数の回転非対称反射面は１つの図示しない支持構造に一体的に支持されており、この支持構造が画像表示装置の筐体に保持されるような構成であることが望ましい。
【００２２】
複数のＬＥＤ光源１２から発した光束は、投射光学系１５を経て、投射光学系１５の絞り面１６に結像する。ここで、光源像の形成位置は、絞り位置から投射光学系１５の焦点距離（変倍光学系の場合は広角端の焦点距離）の１／３以下、又は１／８以下（より好ましくは１／１０以下）であれば、ずれていても支障はない。また、空間光変調素子１４は照明光学系１３の構成要素であるコンデンサレンズにより略均一に照明され、空間光変調素子１４によって形成された画像は、投射光学系１５によって絞り面１６を経て被投射面Ｓ上に拡大投影される。
【００２３】
図４は空間光変調素子１４上での照度分布を示す。図４から分かるように、光源ユニット１１の各ＬＥＤ光源１２から発した光束を照明光学系１３により空間光変調素子１４上で重畳しているため、ＬＥＤ光源１２の輝度のばらつきを解消し、空間光変調素子１４を均一に照明することができる。
【００２４】
図５は絞り面１６の絞り形状を示し、この絞り開口形状は図１の光源ユニット１１の発光領域の外形形状と相似の関係になっている。ここでは、光源ユニット１１の発光領域の幅のうち、幅が最も長い方向を第１方向、それと垂直な方向を第２方向とし、発光領域の第１方向の幅をＤ１、発光領域の第２方向の幅をＤ２とする。また、この幅Ｄ１とＤ２との比は、投射光学系１５中に形成されるこれらの光源ユニット１１の光源像の第１方向の幅（Ｄ１に相当）、第２方向の幅（Ｄ２に相当）に対応させて比を導出することができる。また、そのときの前述の絞り位置において、発光領域での第１方向に対応する方向における絞り開口部の幅をｄ１、それと垂直な方向における絞り開口部の幅をｄ２とする。このとき、次の条件式を満足することが望ましい。
ｄ１／ｄ２×０．８＜Ｄ１／Ｄ２＜ｄ１／ｄ２×１．２・・・（１）
【００２５】
更に好ましくは、次の条件式を満足することが望ましい。
ｄ１／ｄ２×０．９＜Ｄ１／Ｄ２＜ｄ１／ｄ２×１．１・・・（１ａ）
【００２６】
なお、前述の相似の関係とは、これらの条件を満足することである。また本実施例１においては、Ｄ１／Ｄ２＝４、ｄ１／ｄ２＝４である。
【００２７】
図６は絞り面１６に入射する光束による照度分布を示す。絞り面１６上の照度分布も光源ユニット１１の外形形状と相似の関係となっており、相似の関係にある形状の絞りを配置することによって、本来必要としないフレア光や高次の回折光等の光は絞りで遮光できるようにしている。より詳細には、ＬＥＤ光源１２と絞りとの間の光学系によって形成される光源像の倍率を考慮することが好ましい。
【００２８】
即ち、その光源像の倍率をＭとした場合に、以下の条件式を満足することが望ましい。
０．９×Ｍ×Ｄ１＜ｄ１＜１．３×Ｍ×Ｄ１・・・（２）
０．９×Ｍ×Ｄ２＜ｄ２＜１．３×Ｍ×Ｄ２・・・（３）
【００２９】
更に好ましくは、以下の条件式を満足することが望ましい。
１．０×Ｍ×Ｄ１＜ｄ１＜１．２×Ｍ×Ｄ１・・・（２ａ）
１．０×Ｍ×Ｄ２＜ｄ２＜１．２×Ｍ×Ｄ２・・・（３ａ）
【００３０】
ここでは、条件式（２）、（３）で示すように、この値が１を下回ると一部の光がカットされて暗くなってしまう。しかしながら、若干明るさを犠牲にしてもコントラストを高くしたい場合には、コントラストの低下を招く光を遮光するために、条件式（２）、（３）の値を１より小さくしてもよい。また、この際に条件式（１）、（１ａ）の数値範囲で示すように、発光領域の縦横比と、絞りの開口部の縦横比とを互いに異なるようにすることもあり得る。以後、特に発光領域の縦横比と、絞りの開口部の縦横比との差については述べないが、以下の実施例においても、条件式（１）、（１ａ）に示す範囲内で互いの比が若干異なっていても支障はない。
【００３１】
また、前述のオフアキシャル光学系においては、絞りの開口部の第１方向の幅と第２方向の幅との比である縦横比が或る程度大きいことが望ましい。勿論、それに伴って、発光領域のＬＥＤ光源１２の縦の配列数と横の配列数との比である縦横比も或る程度大きいことが望ましい。即ち、以下の条件を満足することが望ましい。
１．１＜Ｄ１／Ｄ２＜１０．０・・・（４）
１．１＜ｄ１／ｄ２＜１０．０・・・（５）
【００３２】
より好ましくは以下の条件式を満足することが望ましい。
１．２＜Ｄ１／Ｄ２＜５．０・・・（４ａ）
１．２＜ｄ１／ｄ２＜５．０・・・（５ａ）
【００３３】
更に以下を満足することがなお好ましい。
１．５＜Ｄ１／Ｄ２・・・（４ｂ）
１．５＜ｄ１／ｄ２・・・（５ｂ）
【００３４】
本実施例では、ＬＥＤ光源１２を２×８個の配列としたが、光源数はこれに限るものではなく、必要な輝度に応じて増減しても問題はない。また、照明光学系１３、投射光学系１５は当然ながら複数のレンズを用いることが好ましく、絞り面１６よりも被投射面側にも投射光学系１５を構成するレンズがあっても支障はない。
【００３５】
更に、図２、図３で示した空間光変調素子１４は、透過型の単板の液晶表示素子として記載しているが、この限りではない。例えば、色が異なる複数の色光を発する複数のＬＥＤ光源と、それぞれに対応する複数の空間光変調素子１４を用いることも可能である。例えば、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光するＬＥＤ光源と、それぞれの色光に対応する透過型又は反射型の液晶表示素子とを用いて、画像表示装置を構成することもできる。白色ＬＥＤ光源を用いた場合には、装置に色分離機能及び色合成機能を持たせることで、色に応じた複数の空間光変調素子１４を用いることができ、空間光変調素子１４としては反射型の液晶素子やＤＭＤを用いることもできる。
【００３６】
このようにすれば、オフアキシャル投射光学系に好適な縦横比が異なる例えば偏平した開口の絞り形状を持つ画像表示装置において、簡易な構成で照明効率の高い照明を達成することができる。
【実施例２】
【００３７】
図７は実施例２の光源ユニット２０の正面図を示す。特に記載しない部分に関しては、実施例１と同じであり、この光源ユニット２０も前述の図２、図３の光学系、或いは後述の実施例３の画像表示装置等に好適に適用できる。
【００３８】
この実施例２の光源ユニット２０においては、２８個のＬＥＤ光源１２が発光領域が略楕円形になるように配置されている。図８はこの光源ユニット２０を使用した場合の空間光変調素子１４上での照度分布を示し、楕円形状の均一な照度を得ることができる。
【００３９】
図９は絞り面１６の絞り形状を示し、開口形状は図７に示す光源ユニット２０の外形形状と相似の関係になっている。更に、図１０は絞り面１６に入射する光による照度分布を示す。この図１０から、絞り面１６上の照度分布は光源ユニット２０の外形形状と相似の関係となっていることが分かる。なお、この実施例２においては、Ｄ１／Ｄ２＝２、ｄ１／ｄ２＝２である。
【００４０】
図１１は変形例１の光源ユニットの正面図を示す。ここでは、合計２５個の固体発光素子であるＬＥＤ光源１２を縦長に、つまり第１方向の幅が第２方向の幅よりも長くなるように配列している。図１２はこの場合における投射光学系１５内の絞り面１６の開口形状と、この開口形状に対するＬＥＤ光源１２の像を図示している。この図１２から、ＬＥＤ光源１２の像がほぼ絞り面１６の開口内部に収まっており、光を有効利用できていることが分かる。なお、本実施例においては、Ｄ１／Ｄ２＝ｄ１／ｄ２≒１．５９である。
【００４１】
また、図１３は変形例２の光源ユニットの正面図を示す。ここでは、合計４３個のＬＥＤ光源１２を縦長に、つまり第１方向の幅が第２方向の幅よりも長くなるように配列している。この際に、投射光学系１５内の絞り部材の開口形状と、その開口形状に対する固体発光素子の像を図示したものが図１４である。図１４から分かるように、ＬＥＤ光源１２の像がほぼ絞り面１６の開口内部に収まっており、光を有効利用できていることが分かる。なお、本実施例においては、Ｄ１／Ｄ２＝ｄ１／ｄ２≒１．１３である。
【実施例３】
【００４２】
図１５は実施例３のプロジェクタ（画像表示装置）の構成図を示し、大別して照明部２１とオフアキシャル光学系から成る投射光学系２２に分かれている。照明部２１においては、光源ユニット２３、照明光学系２４、ダイクロイックミラー２５、３つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２６、２７、２８、空間光変調素子としてのＲＧＢ３板式の３つの反射型液晶パネル２９、３０、３１から構成されている。なお、光源ユニット２３は図１６に示すように、図７の光源ユニット２０と同様の構成としているが、他の光源ユニットを用いてもよい。
【００４３】
また、投射光学系２２は、照明部２１から出射する光を受けるズームレンズ３２、絞り面３３、折り返しミラー３４、反射曲面を有する複数の回転非対称反射面３５〜３８、折り返しミラー３９、レンズ４０を構成要素としている。ここで、折り返しミラー３４は絞りの機能を果たしている。即ち、絞り（絞り面）とは上述した実施例１、２に記載したような開口部を持つわけではなく、或る領域に入射する光以外を後段の光学系、ここでは回転非対称反射面３５に導かないようにするための部材である。
【００４４】
ここで記載した或る領域は上述の実施例における開口（部）に相当している。或いは、この折り返しミラー３４が絞り位置に縦方向の幅ｄ１、横方向の幅ｄ２の開口を持つ絞りを配置した場合と同じ機能を果たすような形状を有するようにしても、それは本実施例に含まれる。また当然のことながら、ズームレンズ３２と折り返しミラー３４との間、或いは折り返しミラー３４と回転非対称反射面３５との間に、開口を持つ絞りを配置してもよい。
【００４５】
また、投射光学系２２において、ズームレンズ３２は変倍しなくともよいし、レンズ４０は複数のレンズや回折光学素子を含む屈折光学系とすることもできる。また、本実施例の投射光学系２２はミラーのみで構成してもよいし、逆にレンズ、回折光学素子のみで構成しても勿論問題はない。
【００４６】
ここで、反射型液晶パネル２９、３０、３１の中心を通る、つまり中心から垂直に出射する又は中心から出射する光束の主光線である基準軸光線は、反射面３５〜３８に沿って紙面上で折れ曲がり、被投射面に対して基準軸光線が斜めに投射されている。従って、ズームレンズ３２の射出瞳、即ち絞り面３３の形状は、紙面上の絞り径の方向であるＹ方向が、紙面に垂直な方向であるＸ方向に対して、幅が小さく潰れた形状とされている。
【００４７】
従って、絞り面３３の開口形状は、図１７に示すようにＹ方向に潰れた楕円形状とされている。これに対応して、光源ユニット２３も絞り面３３の開口形状と相似の関係にあり、外形がＹ方向に潰れた楕円形状になるように配置されていて、収差補正上及び小型化の観点から好適である。
【００４８】
このように、光源ユニット２３と投射光学系２２の絞り面３３を共役関係に配置することで、光源ユニット２３内のＬＥＤ光源１２の配列によって、絞り面３３、即ち瞳面上の照度分布を制御することができる。従って、従来よりも簡単な照明部２１の構成で、高効率な非対称瞳形状を実現できる。
【００４９】
なお実施例では、投射光学系２２の絞り面３３上の照度分布を光源ユニット２３の外形形状と相似の関係となる構成としたが、シリンドリカルレンズ等を用いて任意の方向に光束を圧縮し、所望の絞り形状となるように調整することも可能である。
【００５０】
また、この画像表示装置は本実施例のフロントプロジェクタに限るものではなく、リアプロジェクタにも用いることもでき、また投射光学系の構成要素は必要に応じて増減可能である。
【００５１】
なお、本実施例において記載した絞りの開口形状、又は折り返しミラー上の或る領域の形状は、縦幅と横幅とが互いに異なる形状で、１８０度回転対称（２回回転対称）な形状であることが望ましい。また、これに伴って光源ユニットの発光領域の形状も、縦幅と横幅とが互いに異なる形状で、１８０度回転対称な形状であることが望ましい。その上で、開口形状の縦幅（第１方向の幅、即ち長い方の幅）が、光学的に発光領域の縦幅（第１方向に対応する幅、即ち長い方の幅）に対応していることが望ましい。ここで言う「幅」とは、照明光学系や投射光学系の光軸に対して垂直な方向の幅であることが望ましい。
【００５２】
また、本実施例においては、幅Ｄ１とｄ１、幅Ｄ２とｄ２とが対応していればよく、幅Ｄ１やｄ１が縦方向、幅Ｄ２やｄ２が横方向である必然性はない。縦と横は逆であってもよく、幅Ｄ１、ｄ１が幅Ｄ２、ｄ２に比べて大きくなるように、第１方向と第２方向を設定すればよい。勿論、開口形状や、発光領域の形状は、非回転対称（３６０度回転対称、１回回転対称）であっても支障はない。
【００５３】
上述のような本実施例を適用すれば、複数個の固体発光素子を縦方向、横方向に配列した二次元状光源の形状制御のみで、従来よりも簡易な照明光学系の構成においても、全体の照明効率を低下させることがなく、高効率な照明を行うことができる。
【００５４】
非対称な偏平した絞り形状に最適な瞳形状を実現できるので、オフアキシャル投射光学系の製造誤差に対する敏感度を低減し、収差を良好に補正しながら小型化が達成できる。具体的には、図１１における紙面上の方向の絞り径を、紙面と垂直な方向の絞り径よりも小さくすることによって、製造誤差への敏感度低減、投射光学系の収差補正や小型化を達成することが可能となる。また、紙面に平行な方向の絞り径を小さくすることで、ダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ等の分離合成素子の分離合成面に対する入射角度分布を低減することができる。
【００５５】
このような分離合成素子が有する分離合成面への入射角が定格値から外れた場合に、光分離合成の入射角度特性による画像表示装置のコントラスト劣化を改善することができる。なお、ここで言う紙面とは、複数の画像形成素子（液晶パネル）の法線それぞれに対して平行な面である、或るいは、偏光ビームスプリッタの偏光分離面の法線と画像形成素子の法線の両者に対して平行な面である。
【００５６】
固体発光素子の像が光源ユニットと被投射面の間で２回以上結像することにより、投射光学系内で中間結像を行い、光学面の大型化を抑制しながら、広画角な投射光学系が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施例１の光源ユニットの正面図である。
【図２】照明光学系の光軸と縦方向とを含む平面による断面図である。
【図３】照明光学系の光軸を含み、図２の断面と垂直な平面による断面図である。
【図４】空間光変調素子上の照度分布図である。
【図５】絞り形状の正面図である。
【図６】絞り面上の照度分布図である。
【図７】実施例２の光源ユニットの正面図である。
【図８】空間光変調素子上の照度分布図である。
【図９】絞り形状の正面図である。
【図１０】絞り面上の照度分布図である。
【図１１】変形例１の光源ユニットの正面図である。
【図１２】変形例１の絞り形状及び光源ユニットの像の説明図である。
【図１３】変形例２の光源ユニットの正面図である。
【図１４】変形例２の絞り形状及び光源ユニットの像の説明図である。
【図１５】実施例３の光学系の構成図である。
【図１６】光源ユニットの正面図である。
【図１７】絞り形状の正面図である。
【図１８】従来例の反射型ＬＥＤパッケージの構成図である。
【図１９】従来例の砲弾型ＬＥＤパッケージの構成図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１、２０、２３ 光源ユニット
１２ ＬＥＤ光源
１３ 照明光学系
１４ 空間光変調素子
１５、２２ 投射光学系
１６、３３ 絞り面
２１ 照明部
２９、３０、３１ 反射型液晶パネル
３２ ズームレンズ
３４、３９ 折り返しミラー
３５〜３８ 回転非対称反射面
４０ レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フロントプロジェクタ、リアプロジェクタ等の画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、画像表示装置は液晶表示パネルやマイクロミラーアレイデバイスを空間光変調素子として使用し、光の透過と遮断又は偏光を制御して、選択された光パターンを投射光学系によって投射することで、被投射面に映像を表示する。
【０００３】
この画像表示装置に用いられる照明装置としては、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の高輝度放電ランプと、これらの光源からの照明光を平行化する放物面リフレクタから成るものが一般的である。しかし、高輝度放電ランプには、放熱のための冷却装置の設置により照明装置が大型化し、寿命が数千時間と短いなどの課題が存在する。
【０００４】
そこで近年では、新しい光源として半導体を用いた光源が注目され、中でもＬＥＤ（発光ダイオード）の改良はめざましく、照明用途に耐え得る高輝度で高効率な製品が開発されつつある。例えば、特許文献１による図１８に示すようなＬＥＤ１の背後に凹面状反射体２を配置した反射型ＬＥＤパッケージや、特許文献２の図１９に示すようなＬＥＤ３の周囲を合成樹脂材４でレンズ状にモールドした砲弾型のＬＥＤパッケージが知られている。
【０００５】
ＬＥＤは前述した高輝度放電ランプと比較して、小型、軽量、低消費電力、長寿命、点灯の高速応答等の点で有利ではあるが、現在のところＬＥＤを光源とする画像表示装置において、画面において十分な輝度を得ることは難しい。その理由は、ＬＥＤは効率の点で未だ超高圧水銀ランプに及んでおらず、定格限界の電流を注入しても１つのＬＥＤから得られる光量が小さいからである。そのため、光量を稼ぐために複数のＬＥＤを平面上に並べてアレイ化する方法がある。
【０００６】
例えば、特許文献３では複数の固体発光素子をマトリックス状に配置し、固体発光素子のそれぞれからの光束を空間光変調素子上に重畳するインテグレート照明により輝度向上を達成している。また、例えば特許文献４では複数の固体発光素子を二次元配列し、各固体発光素子の発光面と空間光変調素子を共役な関係に配置することによって、発光面の拡大像を空間光変調素子上に重畳することにより、均一で高輝度な照明を実現している。
【０００７】
プロジェクタやリアプロジェクタ等の画像表示装置に用いられる投射光学系としては、従来から特許文献５などに示される物体面中心と像面中心を結ぶ光軸が折れ曲がっていない共軸光学系の広角レンズを用いたものがよく知られている。
【０００８】
しかし近年では、特許文献６に示されるような光軸が折れ曲がったオフアキシャル（Off Axial:偏芯）光学系と呼ばれ、構成面が非共軸となっている投射光学系も提案されている。このオフアキシャル光学系には、斜め投射時の台形歪みの補正が可能であることや、共軸系と比較して広角化が容易となる利点がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１８５７６０号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４５１３号公報
【特許文献３】特開２００１−２８１７６０号公報
【特許文献４】特開２００４−２８６８５８号公報
【特許文献５】特開２００５−１０６９４８号公報
【特許文献６】特開２００５−２４６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したような反射面を用いたオフアキシャル光学系は、従来の共軸光学系に対して有利な特性を多く持つが、面精度や偏心などの製造誤差に敏感なことが多く、量産を行う際に問題点として挙げられている。例えば、面形状に非対称な誤差が発生すると、像面全域に渡って像面内の直交する２方向でのピント位置ずれ、つまり非点隔差が発生し、これを機械的な調整で除去することは困難である。
【００１１】
そこで、特許文献６ではこの問題点の解決策として、オフアキシャル光学系の瞳を、オフアキシャル断面とその断面に垂直方向の断面において、非対称となるような構成とすることを開示している。これにより、オフアキシャル光学系の製造誤差に対する敏感度が低減し、収差を良好に補正しながら小型化を達成できる。即ち、反射面を用いたオフアキシャル光学系を画像表示装置の投射光学系として用いるためには、非対称な瞳形状を画像表示装置全体での照明効率を低下させずに達成するための照明光学系が不可欠である。
【００１２】
従来の高輝度放電ランプとリフレクタの組み合わせを光源として用いた画像表示装置では、リフレクタの開口がほぼ円形状をしているため、一般的に回転対称な絞り形状を持つ投射光学系が採用されている。或いは、照明光学系にシリンドリカルレンズ等を配置して、所望の方向へ照明光束を圧縮する手法により、投射光学系の絞りを非対称形状としているものも知られている。
【００１３】
しかし、光源の面積と光束の発散立体角の積を光学系において保存（エテンデュの保存）することから、投射光学系の絞り形状の制御には限界がある。この限界を解決するためには、光源自体に縦横比が異なる形状を持たせることが望ましく、そのためには小型の固体発光素子をアレイ状に配置し、所望の投射光学系の絞り形状に合わせた形状とする必要がある。
【００１４】
しかし、特許文献３、４は輝度向上や空間光変調素子上の輝度むらの低減を主目的として、固体発光素子をアレイ化している。そのため、光源と投射光学系の瞳や絞りとの関係は記載されておらず、投射光学系の絞り形状を制御するためのものではなく、本発明とは趣旨が異なっている。
【００１５】
本発明の目的は、上述の課題を解消し、投射光学系の瞳形状を所望の方向に非対称にすることで、製造誤差に対する敏感度を低減し、収差を良好に補正しながら小型化を達成する画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述の目的を達成するための本発明に係る画像表示装置の技術的特徴は、空間光変調素子と、第１方向及び該第１方向と垂直な第２方向に複数個ずつ配列された複数個の固体発光素子を含む光源ユニットからの光束で、前記空間光変調素子を照明する照明光学系と、回転非対称な反射曲面を含み前記空間光変調素子の像を被投射面に拡大投影する投射光学系とを備えた画像表示装置であって、前記固体発光素子の発光領域の前記第１方向の幅と前記第２方向の幅とが互いに異なり、前記投射光学系が前記第１方向と前記第２方向とで互いに幅が異なる開口を有する絞りを備えることにある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る画像表示装置によれば、第１方向とそれと垂直な第２方向とで幅が異なる発光領域を持つ光源ユニットと、第１方向と第２方向とで幅が異なる開口の絞りとを有することによって、照明効率を高くすることができる。これにより、明るい画像を表示することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明を図１〜図１７に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は実施例１の光源ユニットの正面図であり、この光源ユニットは後述する図２、図３で用いる光源ユニットや、或いは後述する実施例３の図１１等で示す画像表示装置（プロジェクタ）等に用いられる光源ユニットである。この光源ユニット１１では、固体発光素子である複数個のＬＥＤ光源１２が、縦方向（第１方向）に８列、縦方向と垂直な横方向（第２方向）に２列の矩形状に配置されている。ＬＥＤ光源１２の発光領域の縦対横の比が４：１（８：２）となるように配列されている。
【００２０】
図２は照明光学系の光軸と縦方向とを含む平面による断面図、図３は照明光学系の光軸を含み、図２の断面と垂直な平面による断面図を示す。光源ユニット１１の前方には、空間光変調素子１４、光源ユニット１１からの光束で空間光変調素子を照明する照明光学系１３、空間光変調素子１４からの光束を被投射面Ｓに投射する投射光学系１５が配置されている。この投射光学系１５は回転非対称な反射面を複数備えるオフアキシャル投射光学系であり、投射光学系１５内には絞り部材として、縦横比が異なる開口を持つ絞り面１６が配列されている。
【００２１】
なお、このオフアキシャル投射光学系に含まれる回転非対称な反射面（自由曲面）は複数面以上であればよいが、好ましくは４面かそれ以上の面数であることが望ましい。また、これらの複数の回転非対称反射面は１つの図示しない支持構造に一体的に支持されており、この支持構造が画像表示装置の筐体に保持されるような構成であることが望ましい。
【００２２】
複数のＬＥＤ光源１２から発した光束は、投射光学系１５を経て、投射光学系１５の絞り面１６に結像する。ここで、光源像の形成位置は、絞り位置から投射光学系１５の焦点距離（変倍光学系の場合は広角端の焦点距離）の１／３以下、又は１／８以下（より好ましくは１／１０以下）であれば、ずれていても支障はない。また、空間光変調素子１４は照明光学系１３の構成要素であるコンデンサレンズにより略均一に照明され、空間光変調素子１４によって形成された画像は、投射光学系１５によって絞り面１６を経て被投射面Ｓ上に拡大投影される。
【００２３】
図４は空間光変調素子１４上での照度分布を示す。図４から分かるように、光源ユニット１１の各ＬＥＤ光源１２から発した光束を照明光学系１３により空間光変調素子１４上で重畳しているため、ＬＥＤ光源１２の輝度のばらつきを解消し、空間光変調素子１４を均一に照明することができる。
【００２４】
図５は絞り面１６の絞り形状を示し、この絞り開口形状は図１の光源ユニット１１の発光領域の外形形状と相似の関係になっている。ここでは、光源ユニット１１の発光領域の幅のうち、幅が最も長い方向を第１方向、それと垂直な方向を第２方向とし、発光領域の第１方向の幅をＤ１、発光領域の第２方向の幅をＤ２とする。また、この幅Ｄ１とＤ２との比は、投射光学系１５中に形成されるこれらの光源ユニット１１の光源像の第１方向の幅（Ｄ１に相当）、第２方向の幅（Ｄ２に相当）に対応させて比を導出することができる。また、そのときの前述の絞り位置において、発光領域での第１方向に対応する方向における絞り開口部の幅をｄ１、それと垂直な方向における絞り開口部の幅をｄ２とする。このとき、次の条件式を満足することが望ましい。
ｄ１／ｄ２×０．８＜Ｄ１／Ｄ２＜ｄ１／ｄ２×１．２・・・（１）
【００２５】
更に好ましくは、次の条件式を満足することが望ましい。
ｄ１／ｄ２×０．９＜Ｄ１／Ｄ２＜ｄ１／ｄ２×１．１・・・（１ａ）
【００２６】
なお、前述の相似の関係とは、これらの条件を満足することである。また本実施例１においては、Ｄ１／Ｄ２＝４、ｄ１／ｄ２＝４である。
【００２７】
図６は絞り面１６に入射する光束による照度分布を示す。絞り面１６上の照度分布も光源ユニット１１の外形形状と相似の関係となっており、相似の関係にある形状の絞りを配置することによって、本来必要としないフレア光や高次の回折光等の光は絞りで遮光できるようにしている。より詳細には、ＬＥＤ光源１２と絞りとの間の光学系によって形成される光源像の倍率を考慮することが好ましい。
【００２８】
即ち、その光源像の倍率をＭとした場合に、以下の条件式を満足することが望ましい。
０．９×Ｍ×Ｄ１＜ｄ１＜１．３×Ｍ×Ｄ１・・・（２）
０．９×Ｍ×Ｄ２＜ｄ２＜１．３×Ｍ×Ｄ２・・・（３）
【００２９】
更に好ましくは、以下の条件式を満足することが望ましい。
１．０×Ｍ×Ｄ１＜ｄ１＜１．２×Ｍ×Ｄ１・・・（２ａ）
１．０×Ｍ×Ｄ２＜ｄ２＜１．２×Ｍ×Ｄ２・・・（３ａ）
【００３０】
ここでは、条件式（２）、（３）で示すように、この値が１を下回ると一部の光がカットされて暗くなってしまう。しかしながら、若干明るさを犠牲にしてもコントラストを高くしたい場合には、コントラストの低下を招く光を遮光するために、条件式（２）、（３）の値を１より小さくしてもよい。また、この際に条件式（１）、（１ａ）の数値範囲で示すように、発光領域の縦横比と、絞りの開口部の縦横比とを互いに異なるようにすることもあり得る。以後、特に発光領域の縦横比と、絞りの開口部の縦横比との差については述べないが、以下の実施例においても、条件式（１）、（１ａ）に示す範囲内で互いの比が若干異なっていても支障はない。
【００３１】
また、前述のオフアキシャル光学系においては、絞りの開口部の第１方向の幅と第２方向の幅との比である縦横比が或る程度大きいことが望ましい。勿論、それに伴って、発光領域のＬＥＤ光源１２の縦の配列数と横の配列数との比である縦横比も或る程度大きいことが望ましい。即ち、以下の条件を満足することが望ましい。
１．１＜Ｄ１／Ｄ２＜１０．０・・・（４）
１．１＜ｄ１／ｄ２＜１０．０・・・（５）
【００３２】
より好ましくは以下の条件式を満足することが望ましい。
１．２＜Ｄ１／Ｄ２＜５．０・・・（４ａ）
１．２＜ｄ１／ｄ２＜５．０・・・（５ａ）
【００３３】
更に以下を満足することがなお好ましい。
１．５＜Ｄ１／Ｄ２・・・（４ｂ）
１．５＜ｄ１／ｄ２・・・（５ｂ）
【００３４】
本実施例では、ＬＥＤ光源１２を２×８個の配列としたが、光源数はこれに限るものではなく、必要な輝度に応じて増減しても問題はない。また、照明光学系１３、投射光学系１５は当然ながら複数のレンズを用いることが好ましく、絞り面１６よりも被投射面側にも投射光学系１５を構成するレンズがあっても支障はない。
【００３５】
更に、図２、図３で示した空間光変調素子１４は、透過型の単板の液晶表示素子として記載しているが、この限りではない。例えば、色が異なる複数の色光を発する複数のＬＥＤ光源と、それぞれに対応する複数の空間光変調素子１４を用いることも可能である。例えば、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光するＬＥＤ光源と、それぞれの色光に対応する透過型又は反射型の液晶表示素子とを用いて、画像表示装置を構成することもできる。白色ＬＥＤ光源を用いた場合には、装置に色分離機能及び色合成機能を持たせることで、色に応じた複数の空間光変調素子１４を用いることができ、空間光変調素子１４としては反射型の液晶素子やＤＭＤを用いることもできる。
【００３６】
このようにすれば、オフアキシャル投射光学系に好適な縦横比が異なる例えば偏平した開口の絞り形状を持つ画像表示装置において、簡易な構成で照明効率の高い照明を達成することができる。
【実施例２】
【００３７】
図７は実施例２の光源ユニット２０の正面図を示す。特に記載しない部分に関しては、実施例１と同じであり、この光源ユニット２０も前述の図２、図３の光学系、或いは後述の実施例３の画像表示装置等に好適に適用できる。
【００３８】
この実施例２の光源ユニット２０においては、２８個のＬＥＤ光源１２が発光領域が略楕円形になるように配置されている。図８はこの光源ユニット２０を使用した場合の空間光変調素子１４上での照度分布を示し、楕円形状の均一な照度を得ることができる。
【００３９】
図９は絞り面１６の絞り形状を示し、開口形状は図７に示す光源ユニット２０の外形形状と相似の関係になっている。更に、図１０は絞り面１６に入射する光による照度分布を示す。この図１０から、絞り面１６上の照度分布は光源ユニット２０の外形形状と相似の関係となっていることが分かる。なお、この実施例２においては、Ｄ１／Ｄ２＝２、ｄ１／ｄ２＝２である。
【００４０】
図１１は変形例１の光源ユニットの正面図を示す。ここでは、合計２５個の固体発光素子であるＬＥＤ光源１２を縦長に、つまり第１方向の幅が第２方向の幅よりも長くなるように配列している。図１２はこの場合における投射光学系１５内の絞り面１６の開口形状と、この開口形状に対するＬＥＤ光源１２の像を図示している。この図１２から、ＬＥＤ光源１２の像がほぼ絞り面１６の開口内部に収まっており、光を有効利用できていることが分かる。なお、本実施例においては、Ｄ１／Ｄ２＝ｄ１／ｄ２≒１．５９である。
【００４１】
また、図１３は変形例２の光源ユニットの正面図を示す。ここでは、合計４３個のＬＥＤ光源１２を縦長に、つまり第１方向の幅が第２方向の幅よりも長くなるように配列している。この際に、投射光学系１５内の絞り部材の開口形状と、その開口形状に対する固体発光素子の像を図示したものが図１４である。図１４から分かるように、ＬＥＤ光源１２の像がほぼ絞り面１６の開口内部に収まっており、光を有効利用できていることが分かる。なお、本実施例においては、Ｄ１／Ｄ２＝ｄ１／ｄ２≒１．１３である。
【実施例３】
【００４２】
図１５は実施例３のプロジェクタ（画像表示装置）の構成図を示し、大別して照明部２１とオフアキシャル光学系から成る投射光学系２２に分かれている。照明部２１においては、光源ユニット２３、照明光学系２４、ダイクロイックミラー２５、３つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２６、２７、２８、空間光変調素子としてのＲＧＢ３板式の３つの反射型液晶パネル２９、３０、３１から構成されている。なお、光源ユニット２３は図１６に示すように、図７の光源ユニット２０と同様の構成としているが、他の光源ユニットを用いてもよい。
【００４３】
また、投射光学系２２は、照明部２１から出射する光を受けるズームレンズ３２、絞り面３３、折り返しミラー３４、反射曲面を有する複数の回転非対称反射面３５〜３８、折り返しミラー３９、レンズ４０を構成要素としている。ここで、折り返しミラー３４は絞りの機能を果たしている。即ち、絞り（絞り面）とは上述した実施例１、２に記載したような開口部を持つわけではなく、或る領域に入射する光以外を後段の光学系、ここでは回転非対称反射面３５に導かないようにするための部材である。
【００４４】
ここで記載した或る領域は上述の実施例における開口（部）に相当している。或いは、この折り返しミラー３４が絞り位置に縦方向の幅ｄ１、横方向の幅ｄ２の開口を持つ絞りを配置した場合と同じ機能を果たすような形状を有するようにしても、それは本実施例に含まれる。また当然のことながら、ズームレンズ３２と折り返しミラー３４との間、或いは折り返しミラー３４と回転非対称反射面３５との間に、開口を持つ絞りを配置してもよい。
【００４５】
また、投射光学系２２において、ズームレンズ３２は変倍しなくともよいし、レンズ４０は複数のレンズや回折光学素子を含む屈折光学系とすることもできる。また、本実施例の投射光学系２２はミラーのみで構成してもよいし、逆にレンズ、回折光学素子のみで構成しても勿論問題はない。
【００４６】
ここで、反射型液晶パネル２９、３０、３１の中心を通る、つまり中心から垂直に出射する又は中心から出射する光束の主光線である基準軸光線は、反射面３５〜３８に沿って紙面上で折れ曲がり、被投射面に対して基準軸光線が斜めに投射されている。従って、ズームレンズ３２の射出瞳、即ち絞り面３３の形状は、紙面上の絞り径の方向であるＹ方向が、紙面に垂直な方向であるＸ方向に対して、幅が小さく潰れた形状とされている。
【００４７】
従って、絞り面３３の開口形状は、図１７に示すようにＹ方向に潰れた楕円形状とされている。これに対応して、光源ユニット２３も絞り面３３の開口形状と相似の関係にあり、外形がＹ方向に潰れた楕円形状になるように配置されていて、収差補正上及び小型化の観点から好適である。
【００４８】
このように、光源ユニット２３と投射光学系２２の絞り面３３を共役関係に配置することで、光源ユニット２３内のＬＥＤ光源１２の配列によって、絞り面３３、即ち瞳面上の照度分布を制御することができる。従って、従来よりも簡単な照明部２１の構成で、高効率な非対称瞳形状を実現できる。
【００４９】
なお実施例では、投射光学系２２の絞り面３３上の照度分布を光源ユニット２３の外形形状と相似の関係となる構成としたが、シリンドリカルレンズ等を用いて任意の方向に光束を圧縮し、所望の絞り形状となるように調整することも可能である。
【００５０】
また、この画像表示装置は本実施例のフロントプロジェクタに限るものではなく、リアプロジェクタにも用いることもでき、また投射光学系の構成要素は必要に応じて増減可能である。
【００５１】
なお、本実施例において記載した絞りの開口形状、又は折り返しミラー上の或る領域の形状は、縦幅と横幅とが互いに異なる形状で、１８０度回転対称（２回回転対称）な形状であることが望ましい。また、これに伴って光源ユニットの発光領域の形状も、縦幅と横幅とが互いに異なる形状で、１８０度回転対称な形状であることが望ましい。その上で、開口形状の縦幅（第１方向の幅、即ち長い方の幅）が、光学的に発光領域の縦幅（第１方向に対応する幅、即ち長い方の幅）に対応していることが望ましい。ここで言う「幅」とは、照明光学系や投射光学系の光軸に対して垂直な方向の幅であることが望ましい。
【００５２】
また、本実施例においては、幅Ｄ１とｄ１、幅Ｄ２とｄ２とが対応していればよく、幅Ｄ１やｄ１が縦方向、幅Ｄ２やｄ２が横方向である必然性はない。縦と横は逆であってもよく、幅Ｄ１、ｄ１が幅Ｄ２、ｄ２に比べて大きくなるように、第１方向と第２方向を設定すればよい。勿論、開口形状や、発光領域の形状は、非回転対称（３６０度回転対称、１回回転対称）であっても支障はない。
【００５３】
上述のような本実施例を適用すれば、複数個の固体発光素子を縦方向、横方向に配列した二次元状光源の形状制御のみで、従来よりも簡易な照明光学系の構成においても、全体の照明効率を低下させることがなく、高効率な照明を行うことができる。
【００５４】
非対称な偏平した絞り形状に最適な瞳形状を実現できるので、オフアキシャル投射光学系の製造誤差に対する敏感度を低減し、収差を良好に補正しながら小型化が達成できる。具体的には、図１１における紙面上の方向の絞り径を、紙面と垂直な方向の絞り径よりも小さくすることによって、製造誤差への敏感度低減、投射光学系の収差補正や小型化を達成することが可能となる。また、紙面に平行な方向の絞り径を小さくすることで、ダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ等の分離合成素子の分離合成面に対する入射角度分布を低減することができる。
【００５５】
このような分離合成素子が有する分離合成面への入射角が定格値から外れた場合に、光分離合成の入射角度特性による画像表示装置のコントラスト劣化を改善することができる。なお、ここで言う紙面とは、複数の画像形成素子（液晶パネル）の法線それぞれに対して平行な面である、或るいは、偏光ビームスプリッタの偏光分離面の法線と画像形成素子の法線の両者に対して平行な面である。
【００５６】
固体発光素子の像が光源ユニットと被投射面の間で２回以上結像することにより、投射光学系内で中間結像を行い、光学面の大型化を抑制しながら、広画角な投射光学系が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施例１の光源ユニットの正面図である。
【図２】照明光学系の光軸と縦方向とを含む平面による断面図である。
【図３】照明光学系の光軸を含み、図２の断面と垂直な平面による断面図である。
【図４】空間光変調素子上の照度分布図である。
【図５】絞り形状の正面図である。
【図６】絞り面上の照度分布図である。
【図７】実施例２の光源ユニットの正面図である。
【図８】空間光変調素子上の照度分布図である。
【図９】絞り形状の正面図である。
【図１０】絞り面上の照度分布図である。
【図１１】変形例１の光源ユニットの正面図である。
【図１２】変形例１の絞り形状及び光源ユニットの像の説明図である。
【図１３】変形例２の光源ユニットの正面図である。
【図１４】変形例２の絞り形状及び光源ユニットの像の説明図である。
【図１５】実施例３の光学系の構成図である。
【図１６】光源ユニットの正面図である。
【図１７】絞り形状の正面図である。
【図１８】従来例の反射型ＬＥＤパッケージの構成図である。
【図１９】従来例の砲弾型ＬＥＤパッケージの構成図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１、２０、２３ 光源ユニット
１２ ＬＥＤ光源
１３ 照明光学系
１４ 空間光変調素子
１５、２２ 投射光学系
１６、３３ 絞り面
２１ 照明部
２９、３０、３１ 反射型液晶パネル
３２ ズームレンズ
３４、３９ 折り返しミラー
３５〜３８ 回転非対称反射面
４０ レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間光変調素子と、第１方向及び該第１方向と垂直な第２方向に複数個ずつ配列された複数個の固体発光素子を含む光源ユニットからの光束で、前記空間光変調素子を照明する照明光学系と、回転非対称な反射曲面を含み前記空間光変調素子の像を被投射面に拡大投影する投射光学系とを備えた画像表示装置であって、前記固体発光素子の発光領域の前記第１方向の幅と前記第２方向の幅とが互いに異なり、前記投射光学系が前記第１方向と前記第２方向とで互いに幅が異なる開口を有する絞りを備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記固体発光素子の像を前記絞りの位置に結像することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記固体発光素子の前記第１方向の配列数と前記第２方向の配列数とが互いに異なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記発光領域と前記絞りの開口形状とが相似の関係にあることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記固体発光素子の像が、前記光源ユニットと前記被投射面の間で２回以上結像することを特徴とする請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記発光領域の第１方向の幅をＤ１、第２方向の幅をＤ２、前記絞りの開口の第１方向の幅をｄ１、第２方向の幅をｄ２とするとき、
ｄ１／ｄ２×０．８＜Ｄ１／Ｄ２＜ｄ１／ｄ２×１．２
を満足することを特徴とする請求項１〜５の何れか１つの請求項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記発光領域の第１方向の幅をＤ１、第２方向の幅をＤ２とするとき、
１．１＜Ｄ１／Ｄ２＜１０．０
を満足することを特徴とする請求項１〜６の何れか１つの請求項に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記開口の第１方向の幅をｄ１、第２方向の幅をｄ２とするとき、
１．１＜ｄ１／ｄ２＜１０．０
を満足することを特徴とする請求項１〜７の何れか１つの請求項に記載の画像表示装置。
【請求項１】
空間光変調素子と、第１方向及び該第１方向と垂直な第２方向に複数個ずつ配列された複数個の固体発光素子を含む光源ユニットからの光束で、前記空間光変調素子を照明する照明光学系と、回転非対称な反射曲面を含み前記空間光変調素子の像を被投射面に拡大投影する投射光学系とを備えた画像表示装置であって、前記固体発光素子の発光領域の前記第１方向の幅と前記第２方向の幅とが互いに異なり、前記投射光学系が前記第１方向と前記第２方向とで互いに幅が異なる開口を有する絞りを備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記固体発光素子の像を前記絞りの位置に結像することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記固体発光素子の前記第１方向の配列数と前記第２方向の配列数とが互いに異なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記発光領域と前記絞りの開口形状とが相似の関係にあることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記固体発光素子の像が、前記光源ユニットと前記被投射面の間で２回以上結像することを特徴とする請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記発光領域の第１方向の幅をＤ１、第２方向の幅をＤ２、前記絞りの開口の第１方向の幅をｄ１、第２方向の幅をｄ２とするとき、
ｄ１／ｄ２×０．８＜Ｄ１／Ｄ２＜ｄ１／ｄ２×１．２
を満足することを特徴とする請求項１〜５の何れか１つの請求項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記発光領域の第１方向の幅をＤ１、第２方向の幅をＤ２とするとき、
１．１＜Ｄ１／Ｄ２＜１０．０
を満足することを特徴とする請求項１〜６の何れか１つの請求項に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記開口の第１方向の幅をｄ１、第２方向の幅をｄ２とするとき、
１．１＜ｄ１／ｄ２＜１０．０
を満足することを特徴とする請求項１〜７の何れか１つの請求項に記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００８−９００１７（Ｐ２００８−９００１７Ａ）
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７１３５０（Ｐ２００６−２７１３５０）
【出願日】平成１８年１０月３日（２００６．１０．３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月３日（２００６．１０．３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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