JPH10512377A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 照明システム（３）と、画素のマトリックスを設けた画像表示パネル（７）とを具える画像表示装置（１）。画像表示パネル（７）を、透過または反射画像表示パネルとしてもよい。透過画像表示パネルの場合において、第１マイクロレンズアレイ（１９）を画像表示パネル（７）の照明側において配置し、第２マイクロレンズアレイ（２１）を画像表示パネル（７）の照明システム（３）から離れた側に配置する。反射画像表示パネルの場合において、画像表示装置（１）は、照明システム（３）と画像表示パネル（７）との間に配置した１つのマイクロレンズアレイ（６１）のみを具える。双方の場合において、マイクロレンズアレイ（１９，２１；６１）のレンズ（２３，２５；６３）の数は、画像表示パネル（７）の画素（２７）の数に対応する。画像表示パネル（７）の領域におけるビームウエストを実現するビーム屈折素子（３７，３９；６７）は、マイクロレンズアレイ（１９，２１；６１）の各々のレンズ（２３，２５；６３）に対応する。

Description

【発明の詳細な説明】 画像表示装置 本発明は、照明システムと、画素のマトリックスを設けた透過画像表示パネル と、前記画像表示パネルの照明側における第１マイクロレンズアレイと、前記野 画像表示パネルの前記照明システムから離れた側における第２マイクロレンズア レイとを具え、前記第１マイクロレンズアレイのレンズの数を前記画像表示パネ ルの画素の数に対応させ、前記第２マイクロレンズアレイのレンズの数を前記画 像表示パネルの画素の数に対応させ、ビーム屈折手段と、投影レンズシステムと をさらに具える画像表示装置に関するものである。 序章において記載した形式の画像表示装置は、例えば、特開平５−３４６５７ ８号の英文要約書から既知である。この要約書に記載の画像表示装置には、マト リックスに配置された複数の画素を具える液晶画像表示パネルが設けられている 。第１マイクロレンズアレイを、前記画像表示パネルの照明側において配置し、 第２マイクロレンズアレイを、前記画像表示パネルの前記照明側から離れた側に おいて配置する。前記２つのマイクロレンズアレイの焦点距離は、各々のマイク ロレンズアレイと画像表示パネルとの間の距離とほぼ等しい。さらに、前記第１ マイクロレンズアレイを前記第２マイクロレンズアレイ上に映す第３マイクロレ ンズアレイを、前記画像表示パネルに隣接して設ける。 マイクロレンズアレイを液晶画像表示パネルにおいて使用して、前記画像表示 パネルの限定された開口による損失を低減すること自体は、既知である。この目 的のために、前記照明装置と、マイクロレンズアレイと、画像表示パネルとを、 好適には、前記マイクロレンズアレイのレンズに入射するビームが、対応する画 像の活性部分において収束するような各々の順次に関係して位置させる。その欠 点は、前記入射ビームが発散する場合、このビームの一部が、前記第２レンズア レイの対応するレンズにもはや入射せず、光が２つの隣接するレンズまたはさら に多くのレンズを横断して分布することである。このクロストークは、スループ ットを増加させ、画質を劣化させる。 前記要約書に記載の画像表示パネルと一体化したマイクロレンズアレイは、そ の主光線が前記画像表示パネルに対して垂直でないビームを、その光が前記第２ マイクロレンズアレイ対応するレンズにのみ隣接するレンズを照明することなく 到達するように屈折させることを保証する。この方法において、隣接するレンズ 間のクロストークは、できる限り回避され、これは、前記画質と、前記投影レン ズシステムの必要な開口とに寄与する。 前記要約書から既知の画像表示装置の欠点は、前記第３マイクロレンズアレイ を、前記画像表示パネルの液晶材料の極めて近くに配置することである。前記レ ンズを、イオン交換による、前記液晶材料の基板の一方または双方の基板におけ る屈折率の変化によって構成する場合、前記関連した基板は、アルカリイオンを 具えるであろう。この場合において、前記液晶材料がイオン交換処理によって汚 染される重大な危険性が存在する。イオン交換の結果として、前記基板は、異な った屈折率を有するであろう。これは、異なった屈折率を有する基板は異なった 熱膨張係数を有するため、広い温度範囲において均一の厚さの液晶材料層を実現 することを比較的困難にする。上述した現象の結果として、前記マイクロレンズ 構造を前記基板の内側において、液晶材料の近くに配置する場合、満足な画質を 達成することは比較的困難である。 透過画像表示パネルを有する画像表示装置に関して上述したような問題は、前 記投影レンズに向かう光を透過するマイクロレンズアレイの隣接するレンズ間の クロストークを低減するために選択される、反射画像表示パネルを有する画像表 示装置においても現れる。反射画像表示パネルを有する画像表示装置において、 マイクロレンズアレイを、前記画像表示パネルの照明側において配置する。この マイクロレンズアレイは、前記画像表示パネルによって変調された光が、前記投 影レンズシステムに向かって透過されることを保証する。透過画像表示パネルを 有する画像表示装置と類似して、マイクロレンズアレイを、前記基板と、この基 板の前記液晶材料に面した側において一体化することは比較的困難であり、この マイクロレンズアレイは、前記変調されたビームが、前記マイクロレンズアレイ の１つのレンズのみに入射することを保証するものである。 本発明の目的は、前記照明システムおよび投影レンズシステム間の光路におけ るスループットを維持し、結果として、前記投影レンズの開口を依然として制限 できる画像表示装置を提供することである。この画像表示装置を、この目的を想 定するこれまでに既知の画像表示装置より、極めて簡単に製造することができる 。本発明による画像表示装置は、前記画像表示パネルの動作が拡散を基礎とする 場合、スループットを維持することに関する限りでは、特に大きな利点を有する 。 上述した目的を達成する、本発明によって提案する原理を、透過および反射画 像表示パネルを有する双方の画像表示装置において適用できる。反射画像表示パ ネルを有する画像表示装置と、透過画像表示パネルを有する画像表示装置との構 造における違いは、使用する画像表示パネルの形式の自動的な結果である。 本発明による画像表示装置の第１の実施例は、一方のマイクロレンズアレイの レンズの焦点を他方のマイクロレンズアレイ中に位置させ、逆もまた同じにし、 前記ビーム屈折手段を第１および第２ビーム屈折アレイによって構成し、前記第 １マイクロレンズアレイおよび第１ビーム屈折アレイと、前記第２マイクロレン ズアレイおよび第２ビーム屈折アレイとに関して、ビーム屈折素子が各々のマイ クロレンズに対応するようにし、前記ビーム屈折アレイが、前記画像表示パネル の領域においてビームウエスト化効果を有することを特徴とする。 前記マイクロレンズアレイを、慣例的なマイクロレンズアレイか、マイクロレ ンズと光学的に同じ機能を有するホログラフィック光素子を具えるアレイとする ことができる。 前記２つのマイクロレンズアレイは、互いに焦点を合わせる。前記第２マイク ロレンズアレイのマイクロレンズアレイにおいて集束することによって、前記第 １マイクロレンズアレイのあるレンズにある角度において入射するビームが、前 記第２マイクロレンズアレイのあるレンズのみに到達し、結果として、隣接する レンズ間のクロストークが相当低減されることが保証される。前記画像表示パネ ルの領域において、前記ビーム屈折素子を有するアレイは、前記ビームが画素の 中心を取り囲んでウエスト化し、結果として、自動的に前記ビームの大きな部分 が、前記画素の活性部分に到達する。さらに、前記装置のスループットは、実際 的に一定のままであり、したがって、同じ画質を維持するために前記投影レンズ システムの開口を拡大する必要はない。前記ビーム屈折素子が、前記基板の内側 において、液晶材料の近くにもはや存在せず、例えば、前記基板の外側において 存在するか、別個の素子を構成することから、前記装置の製造は、相当簡単であ る。前記ビーム屈折素子を、好適には、前記マイクロレンズと一体化する。した がって自由な表面の数は制限され、望ましくない反射損失を回避することができ る。 本発明による画像表示装置の第２の実施例は、前記マイクロレンズアレイのあ るレンズの焦点を、同じマイクロレンズアレイのあるレンズ中に位置させ、前記 ビーム屈折手段をビーム屈折アレイによって構成し、前記マイクロレンズアレイ およびビーム屈折アレイに関して、ビーム屈折素子が各々のマイクロレンズに対 応するようにし、前記ビーム屈折素子が、前記画像表示パネルの領域においてビ ームウエスト化効果を有することを特徴とする。 この実施例において、前記画像表示パネルを反射画像表示パネルとする。この 場合において、該装置は、前記照明システムと画像表示パネルとの間に配置され た１つのマイクロレンズアレイのみを有する。前記アレイのレンズの焦点は、前 記アレイそれ自身中に位置し、結果として、その焦点距離は、前記マイクロレン ズアレイと画像表示パネルとの間の距離の２倍にほぼ等しい。ビーム屈折素子は 、このレンズアレイの各々のレンズに対応する。前記ビーム屈折素子のアレイを 、好適には、前記マイクロレンズアレイと一体化する。前記マイクロレンズアレ イのレンズに入射する前記照明システムからのビームは、前記画像表示パネルの 領域においてウエスト化し、反射した後、前記マイクロレンズアレイを再び透過 し、例えば、行きの経路と同じレンズにおいて集束される。前記マイクロレンズ アレイおよび画像表示パネルの相対位置と、前記ビーム屈折素子による前記画像 表示パネルの領域におけるビームウエストとによって、前記ビームのより多くの 部分が、前記マイクロレンズに対応する画素の活性部分に自動的に入射する。 上述した実施例の双方において、前記画像表示装置におけるスループットは、 強度を維持しながら維持され、前記投影レンズに向かう変調された光が通過する 、前記マイクロレンズアレイの隣接するレンズ間のクロストークの危険性が相当 低減する。 本発明による画像表示装置の好適実施例は、前記ビーム屈折素子を、少なくと も１次元において少なくとも２つの面を有するマイクロプリズムとしたことを特 徴とする。 この実施例において、マイクロプリズムを、各々のマイクロレンズアレイの各 々のレンズに関係付ける。前記プリズムそれら自身は、どのような余計な発散も もたらさない。前記マイクロレンズは、入射ビームを収束し、前記マイクロプリ ズムは、前記ビームを前記画像表示パネルにおいてウエスト化し、前記マイクロ レンズアレイの所望のレンズの方に向け、前記マイクロレンズアレイは、変調さ れたビームを前記投影レンズシステムの方に透過させる。 前記１次元における面の数は、前記ビームが、前記画像表示パネルの領域にお いて、前記プリズムが互いに連続する方向においてウエスト化する率を決定する 。２つの面に関して、前記画像表示パネルの領域におけるビームの直径は、半分 に減少し、光強度は維持される。垂直および水平方向における開口は、同じでな くてもよいため、一次元における減少で十分である。 本発明による画像表示装置の他の実施例は、ｍおよびｎを整数として、前記マ イクロプリズムアレイのプリズムが、第１の次元においてｍの面を有し、第２の 次元においてｎの面を有することを特徴とする。 ２つの次元においてプリズム面を設けたことによって、前記開口に、２つの次 元において影響を与えることができる。所定の方向における面の数は、再び、そ の方向において開口が減少する率を決定する。 本発明による画像表示装置の他の実施例は、前記ビーム屈折素子を、所定の方 向において並んで延在する少なくとも２つのレンズ素子によって構成したことを 特徴とする。 ビーム屈折素子を、複数のレンズによって構成してもよい。所定の方向におい て並んで延在する前記複数のレンズは、前記ビームが前記画像表示パネルの領域 においてその方向においてウエスト化する率を決定する。 入射ビームの偏光状態の変調を基礎として動作する反射画像表示パネルを使用 する場合、前記照明システムからのビームと、前記画像表示パネルによって変調 されたビームとは、これらを偏光状態において識別することができるため、一致 してもよい。 反射画像表示パネルの動作が、例えば、ＰＤＬＣ（ポリマ発散液晶）における ように、入射ビームの拡散を基礎とする場合、前記照明システムからの光ビーム と、前記画像表示パネルによって画像情報によって変調された光ビームとが一致 しないように注意すべきである。この目的のために、本発明による画像表示装置 の他の実施例は、前記マイクロレンズアレイおよび画像表示パネルを、互いに１ ／２ｎ．ｐ_pの距離だけオフセットさせ、ｐ_pを、前記画像表示パネルのピッチと し、ｎを整数としたことを特徴とする。 結果として、前記画像表示パネルによって変調されたビームは、前記マイクロ レンズアレイの、前記画素に入射するビームが通ってきたレンズと違うレンズに 到達する。ｎ＝１の場合、前記変調されたビームは、前記入射ビームが通過した レンズに隣接するレンズに入射する。この方法において、変調されていないビー ムと変調されたビームとは、互いに空間的に分離し、したがって、識別すること ができる。 本発明による画像表示装置の他の実施例は、前記画像表示パネルと、前記ビー ム屈折素子と、前記マイクロレンズアレイ、または前記第１および第２マイクロ レンズアレイとを、テレセントリック配置に配置したことを特徴とする。 それによって、前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズと、前記画像表示 パネルの画素との相対位置が、前記画像表示パネルにおける場所に依存しないこ とが達成される。 本発明のこれらのおよび他の態様は、以下に記載の実施例の参照によって明ら かになるであろう。 図１は、透過画像表示パネルの両側にマイクロレンズアレイを設けた画像投影 装置の一実施例を示す。 図２ａおよび２ｂは、透過画像表示パネルを有する、本発明による画像表示装 置の一部の２つの実施例を示し、前記画像表示パネルの画素に関係する放射経路 も、完全に平行なビームに関してと、僅かに発散を有するビームによる光線に関 して説明する。 図３ａおよび３ｂは、反射画像表示パネルを有する、本発明による画像表示装 置の一部の２つの実施例を示し、前記画像表示パネルの画素に関係する放射経路 も、完全に平行なビームに関してと、僅かに発散を有するビームによる光線に関 して説明する。 図４は、複合アレイを実現することができる、マイクロレンズおよびマイクロ プリズムの組み合わせにおけるいくつかの可能性を示す。 図１において図式的に示す画像表示装置１は、光ビームｂを供給する照明シス テム３を具える。この光ビームｂは、簡単にするために１個のコンデンサレンズ によって示すコンデンサレンズシステム５を経て、画像表示パネル７に入射する 。その後、画像表示パネルによって変調された光を、投影するために、簡単にす るために１個のコンデンサレンズによって示す投影レンズシステムに進める。 照明システム３は、例えば、光源１５および球面反射器１７１から成る。反射 器１７は、光源１５によってコンデンサレンズ５から離れた方向において放射さ れた光のより大きい部分が、このコンデンサレンズ５にまだ伝達することを保証 する。 画像表示パネル７は、例えば、表示すべき画像情報に従って入射光の偏光の方 向を変調するために、その動作がツイステッドネマティック（ＴＮ）、スーパー ツイステッドネマティック（ＳＴＮ）または強誘電効果を基礎とする液晶材料お よび画素のマトリックスを具えてもよい。他方では、前記画像表示装置の動作は 、例えば、ポリマ発散液晶（ＰＤＬＣ）におけるように入射非偏光光の発散を基 礎としてもよい。これらすべての場合において、液晶材料の層１１を、例えば、 ガラスまたは合成材料の２つの光透過基板間に設ける。 液晶画像表示パネルを、活性および不活性部分を具える多数の画素に分割する 。前記画素当たりの活性および不活性部分の比は、前記画像表示パネルの開口を 決定する。制限された開口によって、光損失は、液晶画像表示パネルを有する画 像表示装置において考慮すべき量になるかもしれない。この理由のため、しばし ば、マイクロレンズアレイ１９を、照明システム３と画像表示パネル７との間の 光路において使用し、光源１５からの光の最大量が画像表示パネル７の活性部分 に集まるようにする。しかしながら、前記画像表示パネルを通過、またはこれに おいて反射後、光ビームの発散と、したがって前記装置の有効スループットとも 、相当増大する。より高いスループットは、より大きな開口を有する投影レンズ を必 要とし、したがって、より費用が掛かる。特に、拡散画像表示パネルを有するシ ステムにおいて、スループットの上昇は、マイクロレンズアレイおよび画像表示 パネルがシュリーレン光学系の中央にあるため、重大な損失である。結果として 、コントラストおよび輝度は、これら２つの品質はレンズ口径によって決定され るため、ビーム品質の劣化によって極めて大きな影響を受ける。多くの既知のシ ステムにおいて、前記マイクロレンズアレイの焦点距離は、前記マイクロレンズ アレイと画像表示パネルとの距離にほぼ等しい。 光ビームの発散を減少させるため、結果として、前記装置の結果としての有効 スループットを上昇させるため、しばしば、第２マイクロレンズアレイ２１を、 画像表示パネル７の背後に配置し、この第２マイクロレンズアレイも、該マイク ロレンズアレイと画像表示パネルとの距離にほぼ等しい焦点距離を有する。両側 にマイクロレンズアレイを有する画像表示パネルの一例は、例えば、欧州特許出 願公開明細書０４４０４９５号に記載されている。 前記画像表示パネルを反射画像表示パネルとした場合、１つのマイクロレンズ アレイ２３が、照明システム３と画像表示パネル７との間に存在し、前記入射ビ ームを前記画像表示パネルの活性部分に集め、前記画像表示パネルからの変調さ れたビームを、このビームが前記投影レンズシステムに達する前に収束させる。 前記第１マイクロレンズアレイの１つのマイクロレンズへの入射光が、前記変 調された光を収束させる前記マイクロレンズアレイの２つまたはそれ以上のマイ クロレンズに分割されるのを防ぐため、ビーム屈折手段を設けるべきである。こ れを、例えば、マイクロレンズアレイを前記画像表示パネルの液晶材料の近くに 、例えば、特開平５−３４６５７８号の英文要約書に記載のように、前記液晶材 料の基板の一方の内側に一体化することによって配置することによって達成して もよい。 本発明は、透過画像表示パネルの場合において２つ、反射画像表示パネルの場 合において１つのマイクロレンズアレイを有する画素表示装置のスループットを 、前記照明システムと投影レンズシステムとの間の光路において実際的に維持し 、光強度も維持し、そのため前記装置を相当より簡単な方法において製造するこ と ができる、他の可能性を提案する。 この目的のため、本発明による画像表示装置は、反射画像表示パネルの場合に おいて１つのマイクロレンズアレイのマイクロレンズ、透過画像表示パネルの場 合において各々のマイクロレンズアレイのマイクロレンズに対応するビーム屈折 素子を具える。これらを、好適には、互いに一体化する。双方の形式の画像表示 装置において、想定する目的は、同じ原理に従って達成される。その構造におけ る違いは、画像表示パネルの形式によって自動的に決定される。本発明による画 像表示装置において、前記マイクロレンズアレイの焦点距離は、前記画像表示パ ネル中に位置せず、マイクロレンズアレイ中に位置する。 ビーム屈折アレイの１つのビーム屈折素子は、マイクロレンズアレイの各々の レンズに対応する。ビーム屈折素子の好適な実施例は、マイクロプリズムである 。ビーム屈折素子も、所定の方向に並んで延在する多数のレンズから成ってもよ い。図４を、マイクロレンズと組み合わせた、レンズおよびプリズムのいくつか の実施例を参照してさらに説明する。 図２ａは、本発明による画像表示装置の一部の第１の実施例を示す。画像表示 パネル７を、この場合において、透過画像表示パネルとする。第１に、レンズ２ ３を有する１つのマイクロレンズアレイ１９を、画像表示パネル７の照明側にお いて配置し、第２に、レンズ２５を有する１つのマイクロレンズアレイ２１を、 画像表示パネル７の反対側において配置する。２つのマイクロレンズアレイ１９ 、２１は、互いに焦点を合わせる。前記レンズのピッチｐ_mおよび数は、２つの マイクロレンズアレイ１９、２１に関して同じであり、画像表示パネル７の画素 ２７のピッチｐ_pおよび数に各々対応する。マイクロレンズアレイの各々のマイ クロレンズは、画素に対応する。マイクロレンズ２３、２５の寸法を、好適には 、全体画素２７の寸法と等しくする。全体画素とは、活性部分２９に不活性部分 ３１を加えたものを意味すると理解される。 マイクロレンズアレイ１９を、マイクロプリズム３７を具えるマイクロプリズ ムアレイ３３に結合し、マイクロレンズアレイ２１を、マイクロプリズム３９を 具えるマイクロプリズムアレイ３５に結合する。これらのマイクロプリズムを、 例えば、図に示すように、前記画像表示パネルから離して向けてもよく、これら のマイクロプリズムを、前記画像表示パネルに向けて、または逆に向けてもよい 。 放射経路を説明するために、照明システム３によって供給され、コンデンサレ ンズ５によって視準されたビームｂのサブビームｂ_sを考え、このサブビームを 、第１マイクロレンズアレイ１９のレンズ２３’に入射させる。ビームｂ_sを、 レンズ２３’によって、対応するレンズ２５’において集束させる。図において 、図面に対して垂直の面において２つの面４１’、４３’を有するマイクロプリ ズム３７’の存在によって、ビームｂ_sは、２つの部分ｂ_s,1およびｂ_s,2に分割 され、これらの各々は、対応するマイクロプリズム３９’の面４５’および４７ ，に各々進む。マイクロレンズ２３’、２５’およびマイクロプリズム３７’、 ３９’に対応する画素２７’の場所において、元ビームｂ_sは、面４３’、４１ ’が延在する方向において、面の数に等しい比によってウエスト化する。２つの 複合アレイ１９，３３；２１，３５の各々からの、マイクロレンズおよびマイク ロプリズムの各々の組み合わせ２３，３７；２５，３９が、１つの画素２７に対 応する場合、前記光のより大きな部分が、この画素２７の活性部分２９に自動的 に集まる。 画像情報によって変調されたビームｂ’_s,1およびｂ’_s,2は、第２マイクロレ ンズアレイ２１に結合した第２マイクロプリズムアレイ３５のマイクロプリズム ３９’において、面４５’および４７’において各々入射する。マイクロプリズ ム３９’は、ビームｂ’_s,1およびｂ’_s,2をマイクロレンズ２５’に屈折し、結 果としてこれらのビームは、ビームｂ’_sに結合する。サブビームｂ’_sは、その 後、投影レンズシステム９に進み、この投影レンズシステムにおいて、他のマイ クロレンズ２５からのすべての変調されたサブビームは、結合され、投影後に画 像を生じる。 これまでに記載した例は、完全に平行なビームに関係する。しかしながら、実 際には、平行な光ビームは、前記光源の有限の寸法による僅かな発散を依然とし て有する。同じ図は、このようなビームに関して放射経路がどのように形成され るかも示す。前記ビームの空間角は、光線Ｌ₁およびＬ₂によって決定され、Ｌ₀ は主光線である。Ｌ’₀，Ｌ’₁およびＬ’₂は、変調された光線である。マイク ロレンズ２３”、マイクロプリズム３７”、画素２７”、マイクロプリズム３ ９”およびマイクロレンズ２５”の通過によって、パネル７における法線に関す る角度の増加は、マイクロレンズ２３”の縁において入射する光線に関する方が 、マイクロレンズ２３”の中心に近く入射する光線よりも大きくなる。結果とし て、第１マイクロレンズアレイ１９のマイクロレンズ２３に入射する光ビームに 関するスループットは、第２マイクロレンズアレイ２１の対応するマイクロレン ズ２５に到達した時のこの光ビームに関するスループットとほぼ等しい。 光線Ｌ₀₀，Ｌ₁₁およびＬ₂₂と、変調された光線Ｌ’₀₀，Ｌ’₁₁およびＬ’₂₂と は、マイクロレンズ２３”の他の位置に入射するビームに関する放射経路を示す 。 前記画像表示パネルの前面および背面におけるマイクロレンズアレイおよびマ イクロプリズムアレイの組み合わせによって、強度を損失することなく、本シス テムにおけるスループットが実際的に維持され、隣接するレンズ間のクロストー クが相当減少する。 図２ａに示す実施例において、マイクロプリズム３７および３９は、図面に対 して垂直の面において、一方が他方の下に位置する２つの面４１、４３および４ ５、４７を有する。図２ｂにおいて、図２ａと類似して、放射経路を、完全に平 行なビームに関してと、図面に対して垂直の面において、一方が他方の下に位置 する３つの面４９、５１、５３および５５、５７、５９を各々有するマイクロプ リズム３７、３９対して僅かに発散を有するビームのいくつかの光線Ｌ₀、Ｌ₁お よびＬ₂に関してとを示す。元ビームｂ_sは、結果として、３つのビームに分割さ れ、前記画像表示パネルの領域におけるビームは、前記マイクロプリズムが延在 する方向において、３の比によってウエスト化する。 前記所定の方向における面の数は、前記ビームの直径がこの方向において減少 する比を決定する。１次元の代わりに、面を、第２の次元において配置してもよ い。次元毎の面の数は、２つの対応する方向における開口を同じにする必要はな いため、異なってもよい。 図３ａは、反射画像表示パネルを有する画像表示装置の一部を示す。レンズ６ ３を具えるマイクロレンズアレイ６１を、マイクロプリズム６７を具えるマイク ロプリズムアレイ６５に結合する。アレイ６１のレンズ６３の焦点は、このアレ イそれ自身中に位置し、結果としてその焦点距離は、マイクロレンズアレイ６１ と画像表示パネル７との間の距離の２倍とほぼ等しい。平行サブビームｂ_sを、 マイクロレンズ６３’によって、レンズ６３’それ自身において集束させる。よ うするに、マイクロプリズム６７’が２つの面６９’、７１’を有する場合、入 射ビームｂ_sは、２つの部分ｂ_s,1およびｂ_s,2に分割される。ビームｂ_s,1および ｂ_s,2は、マイクロプリズム６７’によって、前記画像表示パネルのほぼ同じ位 置に進む。画像表示パネル７によって変調されたビームｂ’_s,1およびｂ’_s,2は 、その後、マイクロプリズム６７’の方に反射され、マイクロプリズム６７’に よって、マイクロレンズ６３’に対して屈折される。マイクロレンズ６３’は、 ビームｂ’_s,1およびｂ’_s,2が、ビームｂ’_sに結合されることを保証し、この ビームｂ’_sは、他の変調されたサブビームと共に投影され、画像を形成する。 前記焦点距離が前記マイクロレンズアレイにおいて位置することから、変調され たビームｂ’_s,1およびｂ’_s,2は、前記マイクロレンズアレイ内だが、レンズ６ ３’の、これらのビームが到来した部分とは異なった部分において集束する。す なわち、前記マイクロプリズムの上部によって前記画像表示パネルに進んだビー ムは、前記マイクロプリズムの下部を通過して前記投影レンズシステムに進む。 同じ図は、主光線Ｌ₀と、僅かに分散したビームの偏差分散光線Ｌ₁およびＬ₂ とに関する放射経路も示す。ここで再び、前記マイクロレンズ−マイクロプリズ ムアレイおよび画像表示パネルを通過するときのスループットは、実際的に維持 される。放射経路を、マイクロレンズ２３”の３つの異なった部分に入射する３ つのビームに関して示した。 図３ａは、マイクロプリズム６７が１次元において２つの面６９、７１を有す る実施例を示すが、反射画像表示パネルにおけるマイクロプリズムは、前記強度 を維持しながらの所望の開口減少に応じて、一次元において２つより多い面、ま たは少なくとも２次元において少なくとも２つの面を有してもよいことは明らか ある。 例えば、前記マイクロプリズムが、２次元において２つの面、すなわち合計４ つの面を有する場合、強度を犠牲にすることなしに、ビーム屈折手段を用いない 場合のウエストの１／４のウエストを実現することができる。 反射画像表示パネルを有する画像表示装置を使用する場合で、明白に、この画 像表示パネルの動作が、入射光の拡散を基礎とする場合、前記画像表示パネルに 送られるビームと、前記画像表示パネルから戻ってくるビームとを空間的に分離 し、これらのビームを識別できるようにする必要がある。前記画像表示パネルの 動作が、入射光の偏光状態の変調を基礎とする場合、変調すべきビームと変調さ れたビームとの空間的な分離は、偏光フィルタを使用することができるため、必 要ではない。 拡散画像表示パネル、例えばＰＤＬＣにおいて、前進するビームｂ_sを戻って くるビームｂ’_sから識別できるようにするために、これらのビームを、画像表 示パネル７および結合したアレイ６１、６５を、画素ピッチｐ_pの半分またはそ の整数倍だけオフセットさせる、すなわち、ｎを整数として間隔１／２ｎ．ｐ_p のオフセットを実現することによって、空間的に分離する。前記オフセットをピ ッチの半分とした実施例を、関係する放射経路と共に、図３ｂにおいて示す。示 した実施例において、マイクロプリズム６７’；６７”は、一次元において２つ の面６９’、７１’；６９”、７１”を有する。この場合において、平行サブビ ームｂ_sを、マイクロレンズ６３’に角度θにおいて入射させるべきである。マ イクロレンズ６３’は、ビームｂ_s,1およびｂ_s,2を変換し、マイクロプリズム６ ７’は、これらを屈折し、前記ビームが画像表示パネル７の領域においてウエス ト化するようにする。ここで、変調およびその後の反射によって形成されるビー ムｂ’_s,1およびｂ’_s,2は、同じマイクロプリズム６７’および同じマイクロレ ンズ６３’には進まない。ビームｂ_sがマイクロレンズ６３’に入射する入射角 θの適切な選択によって、変調されたビームｂ’_s,1およびｂ’_s,2が、隣接する マイクロプリズム６７”および対応するマイクロレンズ６３”に入射することを 保証することができる。この方法において、ビームｂ_sおよびｂ’_sを、互いに空 間的に分離することができる。 図３ｂは、主光線Ｌ₀と、僅かに分散したビームの偏差分散光線Ｌ₁およびＬ₂ とに関する放射経路を示す。 図４は、前記マイクロレンズおよびマイクロプリズムの組み合わせを実現する ことができる多数の可能性を示す。これらは、同等の実施例である。所望の形状 を、既知の機械的方法において実現することができる。例を、図４ａ、４ｂおよ び４ｃに示す。 前記組み合わせを、異なった屈折率ｎ₁およびｎ₂を有する層を、基板８７にお いて、互いに設けることによって形成してもよい。ｎ₀は、空気の屈折率を表し 、ｎ₃は、前記基板の屈折率を表す。図４ｄおよび４ｆは、ある実施例を示す。 図４ｅにおいて、設けた前記層が、屈折率ｎ₁を有する材料１つのみを使用する だけで十分な形状を有する。 他の可能性は、屈折率変化を基板８７に、例えば、イオン交換によって与える ことである。屈折率の空間分布を、基板８７において示すレンズ状領域によって 表す。ｎ₀は、空気の屈折率を表し、ｎ₃は、イオン交換しない前記基板の材料の 屈折率を表す。イオン交換によって、屈折率ｎ₁およびｎ₂を有する領域が、図４ ｇおよび４ｉの場合において実現し、１つの屈折率ｎ₁を有する領域が、図４ｈ の場合において実現する。 いくつかのレンズ構造を、上述した方法の２つの組み合わせによって製造する ことができる。 前記レンズ構造を、図４ｄ、４ｅおよび４ｆに示すようにした場合、前記レン ズ構造のための基板８７を、例えば、前記液晶材料の基板とし、前記構造を前記 基板の液晶材料から離れた側において設けてもよい。この方法において、前記液 晶材料は、汚染されない。 図１に示すように、本発明による画像表示装置における画像表示パネル３は、 テレセントリック照明を得るために、フィールドレンズ１１、１３を前におよび 後に置いてもよい。その利点は、前記マイクロレンズと前記画像表示パネルの画 素との相対位置が、前記画像表示パネルの位置に依存しないことである。フィー ルドレンズ１１、１３は任意であることから、これらを破線によって示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．照明システムと、画素のマトリックスを設けた透過画像表示パネルと、前記 画像表示パネルの照明側における第１マイクロレンズアレイと、前記野画像表示 パネルの前記照明システムから離れた側における第２マイクロレンズアレイとを 具え、前記第１マイクロレンズアレイのレンズの数を前記画像表示パネルの画素 の数に対応させ、前記第２マイクロレンズアレイのレンズの数を前記画像表示パ ネルの画素の数に対応させ、ビーム屈折手段と、投影レンズシステムとをさらに 具える画像表示装置において、一方のマイクロレンズアレイのレンズの焦点を他 方のマイクロレンズアレイ中に位置させ、逆もまた同じにし、前記ビーム屈折手 段を第１および第２ビーム屈折アレイによって構成し、前記第１マイクロレンズ アレイおよび第１ビーム屈折アレイと、前記第２マイクロレンズアレイおよび第 ２ビーム屈折アレイとに関して、ビーム屈折素子が各々のマイクロレンズに対応 するようにし、前記ビーム屈折アレイが、前記画像表示パネルの領域においてビ ームウエスト化効果を有するように構成したことを特徴とする画像表示装置。 ２．照明システムと、画素のマトリックスを設けた反射画像表示パネルとを具え 、マイクロレンズアレイを前記照明システムと画像表示パネルとの間に設け、前 記マイクロレンズアレイのレンズの数を前記画像表示パネルの画素の数に対応さ せ、ビーム屈折手段と、投影レンズシステムとをさらに具える画像表示装置にお いて、前記マイクロレンズアレイのあるレンズの焦点を同じマイクロレンズアレ イのあるレンズ中に位置させ、前記ビーム屈折手段をビーム屈折アレイによって 構成し、前記マイクロレンズアレイおよびビーム屈折アレイに関して、ビーム屈 折素子が各々のマイクロレンズに対応するようにし、前記ビーム屈折アレイが、 前記画像表示パネルの領域においてビームウエスト化効果を有するように構成し たことを特徴とする画像表示装置。 ３．請求の範囲１または２に記載の画像表示装置おいて、前記ビーム屈折素子を 、少なくとも１次元において少なくとも２つの面を有するマイクロプリズムとし たことを特徴とする画像表示装置。 ４．請求の範囲３に記載の画像表示装置において、ｍおよびｎを整数として、前 記マイクロプリズムアレイのプリズムが、第１の次元においてｍの面を有し、第 ２の次元においてｎの面を有することを特徴とする画像表示装置。 ５．請求の範囲１または２に記載の画像表示装置において、前記ビーム屈折素子 を、所定の方向において並んで延在する少なくとも２つのレンズ素子によって構 成したことを特徴とする画像表示装置。 ６．請求の範囲２および３、２および４または２および５に記載の画像表示装置 において、前記マイクロレンズアレイおよび画像表示パネルを、互いに１／２ｎ ．ｐ_pの距離だけオフセットさせ、ｐ_pを、前記画像表示パネルのピッチとし、ｎ を整数としたことを特徴とする画像表示装置。 ７．請求の範囲１ないし６のいずれか１つに記載の画像表示装置において、前記 画像表示パネルと、前記ビーム屈折素子と、前記マイクロレンズアレイ、または 前記第１および第２マイクロレンズアレイとを、テレセントリック配置に配置し たことを特徴とする画像表示装置。