JP2001188303A

JP2001188303A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JP2001188303A
Application number: JP2000320729A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sekine; 淳関根; Yuji Mabe; 雄二間辺; Tetsuo Hattori; 徹夫服部
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2001-07-10

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】投射像のコントラストを向上させ、ムラを低減
した投射型表示装置を提供する。【解決手段】２次光源像生成光学系２０２、２０３と、
２次光源像から出射した光の第１偏光成分を偏光分離す
る偏光分離光学系２０６と、複数の色に分解して出射す
る色分解光学系２０７Ａ、２０７Ｂ、２０７Ｃと、第１
偏光成分を第２偏光成分に変調する複数の反射型ライト
バルブ２０８と変調光を色合成して出射する色合成光学
系２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃと、第２偏光成分を検
光する検光光学系２０９と、２次光源像を出射した光束
を集光させ、複数の反射型ライトバルブ２０８の全面に
重畳させるコンデンサレンズ２０４と、複数の２次光源
像から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレ
ンズ２０５を有し、偏光分離光学系２０６と複数の反射
型ライトバルブ２０８と検光光学系２０９とは、フィー
ルドレンズ２０５により変換された平行光束中に配置し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ライトバルブに入
射した光を変調して射出する投射型表示装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来の投射型表示装置として、例えば特
許２５０５７５８号公報に記載のフルカラー型の投射型
表示装置が知られている。

【０００３】また、投射型表示装置のライトバルブの照
明装置としてフライアイインテグレータを用いたものが
知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、投射型
表示装置に単にフライアイインテグレータを適用しただ
けであると、ライトバルブへの均一照明は達成できる
が、スクリーン上への投射像において、コントラストの
低減や、ムラが発生する問題があった。また、従来の装
置は設計の自由度が低く装置が大型化するといった問題
点があった。

【０００５】本発明は、従来の装置と比較して、投射像
のコントラストの向上させ、ムラを低減した投射型表示
装置を提供することを目的とする。また、本発明の別な
目的は、従来の装置と比較して設計の自由度の高く小型
の装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに請求項１の投射型表示装置は、光源の発する光から
複数の２次光源像を所定面上に生成する２次光源像生成
光学系２０２、２０３と、複数の２次光源像から出射し
た光の第１偏光成分を偏光分離する偏光分離光学系２０
６と、偏光分離光学系２０６から出射した第１偏光成分
を複数の色に分解して出射する色分解光学系２０７Ａ、
２０７Ｂ、２０７Ｃと、色分解光学系２０７Ａ、２０７
Ｂ、２０７Ｃから出射された各色光毎に配置され、第１
偏光成分を像情報に基づいて第２偏光成分に変調する複
数の反射型ライトバルブ２０８と、複数の反射型ライト
バルブ２０８からそれぞれ出射した変調光を色合成して
出射する色合成光学系２０７Ａ、２０７Ｂ、２０７Ｃ
と、色合成光学系２０７Ａ、２０７Ｂ、２０７Ｃを出射
した光から第２偏光成分を検光する検光光学系２０６
と、複数の２次光源像を出射した光束を集光させ、かつ
複数の２次光源像のそれぞれから出射した光束を複数の
反射型ライトバルブ２０８のそれぞれの全面に重畳させ
るコンデンサレンズ２０４と、複数の２次光源像と複数
の反射型ライトバルブ２０８との間に配置され、複数の
２次光源像の所定点から出射した光束を平行光束に変換
するフィールドレンズ２０５とを有し、偏光分離光学系
２０６と複数の反射型ライトバルブ２０８と検光光学系
２０６とは、フィールドレンズ２０５により変換された
平行光束中に配置されていることとした。

【０００７】請求項２の投射型表示装置は、請求項１記
載の投射型表示装置であって、複数の反射型ライトバル
ブ２０８の像を投射する投射光学系２０９ａ、２０９ｂ
と、複数の反射型ライトバルブ２０８から出射される反
射光の開口数を決定する開口絞り２０９ｃとを更に有
し、投射光学系２０９ａ、２０９ｂのうちの複数の反射
型ライトバルブ２０８側のレンズ２０９ａと、フィール
ドレンズ２０５とにより、所定点と開口絞り２０９ｃの
中央部とが共役な関係となることとした。

【０００８】請求項３の投射型表示装置は、請求項１記
載の投射型表示装置であって、複数の反射型ライトバル
ブ２０８の像を投射する投射光学系２０９ａ、２０９ｂ
と、複数の反射型ライトバルブ２０８から出射される反
射光の開口数を決定する開口絞り２０９ｃとを更に有
し、開口絞り２０９ｃにより定義される主光線は、複数
の２次光源像の所定点から出射した光束がフィールドレ
ンズ２０５によって平行光束となる位置において、複数
の反射型ライトバルブ２０８の中心を垂直に伸びる光軸
に対して平行であることとした。

【０００９】請求項４の投射型表示装置は、請求項１記
載の投射型表示装置であって、複数の反射型ライトバル
ブ２０８は、フィールドレンズ２０５から空気換算長で
略（ｆ１（ｆ２−ｆ１））／ｆ２の光路長（ただし、ｆ
１はフィールドレンズの焦点距離、ｆ２はコンデンサレ
ンズの焦点距離）の位置に配置されることとした。

【００１０】請求項５の投射型表示装置は、請求項１記
載の投射型表示装置であって、２次光源生成光学系は、
フライアイインテグレータ２０２、２０３を含むことと
した。

【００１１】請求項６の投射型表示装置は、請求項５記
載の投射型表示装置であって、フライアイインテグレー
タ２０２、２０３’は、複数の第１レンズ成分２０２ａ
を平面的に配列した第１レンズ板２０２と、第1レンズ
板２０２に相対して設けられ、複数の第１レンズ成分２
０２ａの焦点位置にそれぞれ配置された複数の第２レン
ズ成分２０３’ａを有し、複数の第２レンズ成分２０
３’ａに複数の2次光源像が生成される第２のレンズ板
２０３’とを含み、第２レンズ板２０３’はコンデンサ
レンズの機能を兼用することとした。

【００１２】請求項７の投射型表示装置は、請求項１記
載の投射型表示装置であって、２次光源生成光学系は、
ロッドインテグレータ５２０とリレーレンズ５２１とを
含むこととした。

【００１３】請求項８の投射型表示装置は、請求項１記
載の投射型表示装置であって、フィールドレンズの機能
とコンデンサレンズの機能とは、１つの兼用光学系１０
４により兼用されることとした。

【００１４】請求項９の投射型表示装置は、光源の発す
る光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次光
源像生成光学系１０２、１０３と、像情報に基づいて、
複数の２次光源像から出射した光を変調して射出するラ
イトバルブ１０８と、複数の２次光源像とライトバルブ
１０８との間に配置され、複数の２次光源像から出射し
た光束を集光させ、かつ複数の２次光源像のそれぞれか
ら出射した光束をライトバルブ１０８全面に重畳させる
コンデンサレンズの機能と、複数の２次光源像の所定点
から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレン
ズの機能とを兼用する兼用光学系１０４とを有すること
とした。

【００１５】請求項１０の投射型表示装置は、請求項９
記載の投射型表示装置であって、ライトバルブ１０８の
像を投射する投射光学系１０９ａ、１０９ｂと、ライト
バルブ１０８から出射される光の開口数を決定する開口
絞り１０９ｃとを更に有し、投射光学系１０９ａ、１０
９ｂのうちのライトバルブ１０８側のレンズと、兼用光
学系１０４とにより、所定点と開口絞り１０９ｃの中央
部とが共役な関係となることとした。

【００１６】請求項１１の投射型表示装置は、請求項９
記載の投射型表示装置であって、ライトバルブ１０８の
像を投射する投射光学系１０９ａ、１０９ｂと、ライト
バルブ１０８から出射される光の開口数を決定する開口
絞り１０９ｃとを更に有し、開口絞り１０９ｃにより定
義される主光線は、複数の２次光源像の所定点から出射
した光束が兼用光学系１０４によって平行光束となる位
置において、ライトバルブ１０８の中心を垂直に伸びる
光軸に対して平行であることとした。

【００１７】請求項１２の投射型表示装置は、請求項９
記載の投射型表示装置であって、ライトバルブ１０８
は、各色毎に１つ対応するものであり、第１偏光成分を
像情報に基づいて第２偏光成分に変調する複数の反射型
ライトバルブ１０８であって、２次光源生成光学系１０
２、１０３を出射した光から第１偏光成分を偏光分離す
る偏光分離光学系１０６と、偏光分離光学系１０６から
出射した第１偏光成分を複数の色に分解して、複数の反
射型ライトバルブ１０８にそれぞれ出射する色分解光学
系１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃと、複数の反射型ライ
トバルブ１０８からそれぞれ出射した変調光を色合成し
て出射する色合成光学系１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃ
と、色合成光学系１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃを出射
した光から第２偏光成分を検光する検光光学系１０６と
を更に有することとした。

【００１８】請求項１３の投射型表示装置は、請求項９
記載の投射型表示装置であって、２次光源生成光学系
は、フライアイインテグレータ１０２、１０３を含むこ
ととした。

【００１９】請求項１４の投射型表示装置は、請求項９
記載の投射型表示装置であって、２次光源生成光学系
は、ロッドインテグレータ５２０とリレーレンズ５２１
とを含むこととした。

【００２０】請求項１５の投射型表示装置は、光源の発
する光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次
光源像生成光学系３０２、３０３と、複数の２次光源像
から出射した光を偏光分離する偏光分離光学系３１０
と、偏光分離光学系３１０から出射した光を、第１色光
と、第２色及び第３色の混合光とに分解して出射する第
１色分解光学系３１１Ａ、３０６と、第２色及び第３色
の混合光から、第２色光と第３色光とに分解して出射す
る第２色分解光学系３１１Ｂ、３１３と、第１色分解光
学系３１１Ａ、３０６から出射した第１色光を、像情報
に応じて変調する第１反射型ライトバルブ３０８Ｇと、
第２色分解光学系３１１Ｂ、３１３から出射した第２色
光を、像情報に応じて変調する第２反射型ライトバルブ
３０８Ｒと、第２色分解光学系３１１Ｂ、３１３から出
射した第３色光を、像情報に応じて変調する第３反射型
ライトバルブ３０８Ｂと、第１反射型ライトバルブ３０
８Ｇから出射した光を検光して出射する検光光学系３１
２と、第２反射型ライトバルブ３０８Ｒと第３反射型ラ
イトバルブ３０８Ｂとから出射した光を検光及び色合成
して出射する第１色合成光学系３１３と、検光光学系３
１２と、第１色合成光学系３１３から出射した光とを色
合成して出射する第２色合成光学系３１１Ｃ、３１４、
３１５とを有する投射型表示装置であって、第２色分解
光学系３１１Ｂ、３１３は、第２色光と第３色光との一
方のみを偏光変換して出射する波長依存偏光変換装置３
１１Ｂと、波長依存偏光変換装置３１１Ｂから出射した
光を偏光分離する偏光ビームスプリッタ３１３とを含
み、第１色合成光学系３１３は第２色分解光学系３１１
Ｂ、３１３と兼用される偏光ビームスプリッタ３１３を
含み、複数の２次光源像から出射した光束を集光させ、
かつ複数の２次光源像のそれぞれから出射した光束を第
１乃至第３反射型ライトバルブ３０８のそれぞれの全面
に重畳させるコンデンサレンズ３０４と、複数の２次光
源像と第１乃至第３反射型ライトバルブ３０８との間に
配置され、複数の２次光源像の所定点から出射した光束
を平行光束に変換するフィールドレンズ３０５とを更に
有し、検光光学系３１２と、第１乃至第３反射型ライト
バルブ３０８と、第１色合成光学系３１３と、第２色合
成光学系３１１Ｃ、３１４、３１５とは、フィールドレ
ンズ３０５により変換された平行光束中に配置されてい
ることとした。

【００２１】請求項１６の投射型表示装置は、請求項１
５記載の投射型表示装置であって、第１乃至第３反射型
ライトバルブ３０８の像を投射する投射光学系３０９
ａ、３０９ｂと、第１乃至第３反射型ライトバルブ３０
８から出射される反射光の開口数を決定する開口絞り３
０９ｃとを更に有し、投射光学系３０９ａ、３０９ｂの
うちの第１乃至第３反射型ライトバルブ３０８側のレン
ズ３０９ａと、フィールドレンズ３０５とにより、所定
点と開口絞り３０９ａの中央部とが共役な関係となるこ
ととした。

【００２２】請求項１７の投射型表示装置は、請求項１
５記載の投射型表示装置であって、第１乃至第３反射型
ライトバルブ３０８の像を投射する投射光学系３０９
ａ、３０９ｂと、第１乃至第３反射型ライトバルブ３０
８から出射される反射光の開口数を決定する開口絞り３
０９ｃとを更に有し、開口絞り３０９ｃにより定義され
る主光線は、複数の２次光源像の所定点から出射した光
束がフィールドレンズ３０５によって平行光束となる位
置において、第１乃至第３反射型ライトバルブ３０８の
中心を垂直に伸びる光軸に対して平行であることとし
た。

【００２３】請求項１８の投射型表示装置は、請求項１
５記載の投射型表示装置であって、第１乃至第３反射型
ライトバルブ３０８は、フィールドレンズ３０５から空
気換算長で略（ｆ１（ｆ２−ｆ１））／ｆ２の光路長
（ただし、ｆ１はフィールドレンズの焦点距離、ｆ２は
コンデンサレンズの焦点距離）の位置に配置されること
とした。

【００２４】請求項１９の投射型表示装置は、請求項１
５記載の投射型表示装置であって、２次光源生成光学系
は、フライアイインテグレータ３０２、３０３を含むこ
ととした。

【００２５】請求項２０の投射型表示装置は、請求項１
５記載の投射型表示装置であって、２次光源生成光学系
は、ロッドインテグレータ５２０とリレーレンズ５２１
とを含むこととした。

【００２６】請求項２１の投射型表示装置は、請求項１
５記載の投射型表示装置であって、フィールドレンズの
機能とコンデンサレンズの機能とは、１つの兼用光学系
４０４により兼用されることとした。

【００２７】請求項２２の投射型表示装置は、光源の発
する光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次
光源像生成光学系３０２、３０３と、複数の２次光源像
から出射した光を偏光分離する偏光分離光学系３１０
と、偏光分離光学系３１０から出射した光を、第１色光
と、第２色及び第３色の混合光とに分解して出射する第
１色分解光学系３１１Ａ、３０６と、第２色及び第３色
の混合光から、第２色光と第３色光とに分解して出射す
る第２色分解光学系３１１Ｂ、３１３と、第１色分解光
学系３１１Ａ、３０６から出射した第１色光を、像情報
に応じて変調する第１反射型ライトバルブ３０８Ｇと、
第２色分解光学系３１１Ｂ、３１３から出射した第２色
光を、像情報に応じて変調する第２反射型ライトバルブ
３０８Ｒと、第２色分解光学系３１１Ｂ、３１３から出
射した第３色光を、像情報に応じて変調する第３反射型
ライトバルブ３０８Ｂと、第１反射型ライトバルブ３０
８Ｇから出射した光を検光して出射する検光光学系３１
２と、第２反射型ライトバルブ３０８Ｒと第３反射型ラ
イトバルブ３０８Ｂとから出射した光を検光及び色合成
して出射する第１色合成光学系３１３と、検光光学系３
１２と第１色合成光学系３１３から出射した光とを色合
成して出射する第２色合成光学系３１１Ｃ、３１４、３
１５とを有する投射型表示装置であって、第２色分解光
学系３１１Ｂ、３１３は、第２色光と第３色光との一方
のみを偏光変換して出射する波長依存偏光変換装置３１
１Ｂと、波長依存偏光変換装置３１１Ｂから出射された
光を偏光分離する偏光ビームスプリッタ３１３とを含
み、第１色合成光学系３１３は第２色分解光学系３１１
Ｂと兼用される偏光ビームスプリッタ３１３を含み、複
数の２次光源像から出射した光束を集光させ、かつ複数
の２次光源像のそれぞれから出射された光束を第１乃至
第３反射型ライトバルブ３０８のそれぞれの全面に重畳
させるコンデンサレンズ３０４と、複数の２次光源像と
第１乃至第３反射型ライトバルブ３０８との間に配置さ
れ、複数の２次光源像の所定点から出射した光束を平行
光束に変換するフィールドレンズ３０５とを更に有し、
波長依存偏光変換装置３１１Ｂは、フィールドレンズ３
０５により変換された平行光束中に配置されていること
とした。

【００２８】請求項２３の投射型表示装置は、請求項２
２記載の投射型表示装置であって、第１乃至第３反射型
ライトバルブ３０８の像を投射する投射光学系３０９
ａ、３０９ｂと、第１乃至第３反射型ライトバルブ３０
８から出射される反射光の開口数を決定する開口絞り３
０９ｃとを更に有し、投射光学系３０９ａ、３０９ｂの
うちの第１乃至第３反射型ライトバルブ３０８側のレン
ズ３０９ａと、フィールドレンズ３０５とにより、所定
点と開口絞り３０９ｃの中央部とが共役な関係となるこ
ととした。

【００２９】請求項２４の投射型表示装置は、請求項２
２記載の投射型表示装置であって、第１乃至第３反射型
ライトバルブ３０８の像を投射する投射光学系３０９
ａ、３０９ｂと、第１乃至第３反射型ライトバルブ３０
８から出射される反射光の開口数を決定する開口絞り３
０９ｃとを更に有し、開口絞り３０９ｃにより定義され
る主光線は、複数の２次光源像の所定点から出射した光
束がフィールドレンズ３０５によって平行光束となる位
置において、第１乃至第３反射型ライトバルブ３０８の
中心を垂直に伸びる光軸に対して平行であることとし
た。

【００３０】請求項２５の投射型表示装置は、請求項２
２記載の投射型表示装置であって、２次光源生成光学系
は、フライアイインテグレータ３０２、３０３を含むこ
ととした。

【００３１】請求項２６の投射型表示装置は、請求項２
２記載の投射型表示装置であって、２次光源生成光学系
は、ロッドインテグレータ５２０とリレーレンズ５２１
とを含むこととした。

【００３２】請求項２７の投射型表示装置は、請求項２
２記載の投射型表示装置であって、フィールドレンズの
機能とコンデンサレンズの機能とは、１つの兼用光学系
４０４により兼用されることとした。

【００３３】請求項２８の投射型表示装置は、光源の発
する光から複数の２次光源像を所定面上に生成する２次
光源像生成光学系４０２、４０３と、複数の２次光源像
からの光を偏光分離する偏光分離光学系４１０と、偏光
分離光学系４１０から出射した光を、第１色光と、第２
色及び第３色の混合光とに分解して出射する第１色分解
光学系４１１Ａ、４０６と、第２色及び第３色の混合光
から、第２色光と第３色光とに分解して出射する第２色
分解光学系４１１Ｂ、４１３と、第１色分解光学系４１
１Ａ、４０６から出射した第１色光を、像情報に基づい
て変調する第１反射型ライトバルブ４０８Ｇと、第２色
分解光学系４１１Ｂ、４１３から出射した第２色光を、
像情報に基づいて変調する第２反射型ライトバルブ４０
８Ｒと、第２色分解光学系４１１Ｂ、４１３から出射し
た第３色光を、像情報に基づいて変調する第３反射型ラ
イトバルブ４０８Ｂと、第１反射型ライトバルブ４０８
Ｇから出射した光を検光して出射する検光光学系４１２
と、第２反射型ライトバルブ４０８Ｒと第３反射型ライ
トバルブ４０８Ｂとから出射した光を検光及び色合成し
て出射する第１色合成光学系４１３と、検光光学系４１
２と、第１色合成光学系４１３から出射した光とを色合
成して出射する第２色合成光学系４１１Ｃ、４１４、４
１５とを有する投射型表示装置であって、第２色分解光
学系４１１Ｂ、４１３は、第２色光と第３色光との一方
のみを偏光変換して出射する波長依存偏光変換装置４１
１Ｂと、波長依存偏光変換装置４１１Ｂから出射した光
を偏光分離する偏光ビームスプリッタ４１３とを含み、
第１色合成光学系４１３は第２色分解光学系４１１Ｂ、
４１３と兼用される偏光ビームスプリッタ４１３を含
み、複数の２次光源像と第１乃至第３反射型ライトバル
ブ４０８との間に配置され、複数の２次光源像を出射し
た光束を集光させ、かつ複数の２次光源像のそれぞれか
ら出射された光束を第１乃至第３ライトバルブ４０８の
それぞれの全面に重畳させるコンデンサレンズの機能
と、複数の２次光源像の所定点から出射した光束を平行
光束に変換するフィールドレンズの機能とを有する兼用
光学系４０４を更に有することを特徴とする投射型表示
装置。

【００３４】請求項２９の投射型表示装置は、請求項２
８記載の投射型表示装置であって、第１乃至第３反射型
ライトバルブ４０８の像を投射する投射光学系４０９
ａ、４０９ｂと、第１乃至第３反射型ライトバルブ４０
８から出射される反射光の開口数を決定する開口絞り４
０９ｃとを更に有し、投射光学系４０９ａ、４０９ｂの
うちの第１乃至第３反射型ライトバルブ４０８側のレン
ズと、兼用光学系４０４とにより、所定点と開口絞り４
０９ｃの中央部とが共役な関係となることとした。

【００３５】請求項３０の投射型表示装置は、請求項２
８記載の投射型表示装置であって、第１乃至第３反射型
ライトバルブ４０８の像を投射する投射光学系４０９
ａ、４０９ｂと、第１乃至第３反射型ライトバルブ４０
８から出射される反射光の開口数を決定する開口絞り４
０９ｃとを更に有し、開口絞り４０９ｃにより定義され
る主光線は、複数の２次光源像の所定点から出射した光
束が兼用光学系４０４によって平行光束となる位置にお
いて、第１乃至第３反射型ライトバルブ４０８の中心を
垂直に伸びる光軸に対して平行であることとした。

【００３６】請求項３１の投射型表示装置は、請求項２
８記載の投射型表示装置であって、２次光源生成光学系
は、フライアイインテグレータ４０２、４０３を含むこ
ととした。

【００３７】請求項３２は、請求項２８記載の投射型表
示装置であって、２次光源生成光学系は、ロッドインテ
グレータ５２０とリレーレンズ５２１とを含むこととし
た。請求項３３の投射型表示装置は、光源の発する光の
少なくとも１部分を１つの平行光束に変換する平行光束
変換光学系２０２、２０３、２０４、２０５と、平行光
束変換光学系２０２、２０３、２０４、２０５の出射し
た光を、偏光分離及び色分解して出射する偏光分離色分
解光学系２０６、２０７Ａ、２０７Ｂ、２０７Ｃと、偏
光分離色分解光学系２０６、２０７Ａ、２０７Ｂ、２０
７Ｃから出射された各色光毎に配置され、像情報に基づ
いて偏光成分を変調する複数の反射型ライトバルブ２０
８と、複数の反射型ライトバルブ２０８からそれぞれ出
射した変調光を、色合成及び検光して出射する色合成検
光光学系２０６、２０７Ａ、２０７Ｂ、２０７Ｃとを有
し、偏光分離色分解光学系２０６、２０７Ａ、２０７
Ｂ、２０７Ｃの偏光分離部２０６ｐと複数の反射型ライ
トバルブ２０８と色合成検光光学系２０６、２０７Ａ、
２０７Ｂ、２０７Ｃの検光部２０６ｐとは、平行光束変
換光学系２０２、２０３、２０４、２０５により変換さ
れた平行光束中に配置されていることとした。

【００３８】請求項３４の投射型表示装置は、請求項３
３記載の投射型表示装置であって、平行光束変換光学系
２０２、２０３、２０４、２０５は、光源の発する光か
ら複数の２次光源像を所定面上に生成する２次光源像生
成光学系２０２、２０３と、複数の２次光源像と複数の
反射型ライトバルブ２０８との間に配置され、複数の２
次光源像の所定点から出射した光束を平行光束に変換す
る１つのフィールドレンズ２０５とを含むこととした。

【００３９】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１および
図２は本発明の第１の実施の形態を示す投射型表示装置
の基本構成図ならびに当該装置における光線図を示して
いる。まず、投射型表示装置の基本構成から説明する。

【００４０】本明細書の投射型表示装置のシステムの光
軸は、後述する反射型ライトバルブの中心から垂直に伸
びる軸と定義する。尚、上記光軸がミラー等の光学部材
により折り曲げられている場合は、その折り曲げられた
軸も光軸と定義する。以下、特に断りの無い場合は、光
軸とはシステムの光軸のことを示すものとする。

【００４１】初めに照明光学系について説明する。本実
施形態では照明光学系のインテグレータとしていわゆる
フライアイインテグレータを採用する。

【００４２】照明光学系は、光源２０１とフライアイイ
ンテグレータ２０２、２０３とコンデンサレンズ２０４
とフィールドレンズ２０５とから構成される。光源２０
１はランプと凹面鏡とから構成される。凹面鏡は放物面
鏡である。放物面鏡を使用したのは射出光が略平行光束
になるからである。もちろん他の凹面鏡、例えば楕円鏡
と整形レンズを使用して略平行光束を形成してもよい。

【００４３】光源２０１から出射した略平行光束光源光
は、フライアイインテグレータ２０２、２０３に入射す
る。フライアイインテグレータ２０２、２０３は、第１
レンズ板２０２と第２レンズ板２０３とから構成され
る。第１レンズ板２０２には、複数のレンズ２０２ａが
平面的に配列されている。第２レンズ板２０３には、複
数のレンズ２０３ａが平面的に配置されている。第２レ
ンズ板２０３のレンズ２０３ａはそれぞれ、対応する第
１レンズ板２０２のレンズ２０２ａの焦点位置に配置さ
れている。

【００４４】上述の構成において、凹面鏡から出射され
た略平行光束は第１レンズ板２０２の複数のレンズ２０
２ａの開口によって分割される。そして図１に示される
ように、第１レンズ板２０２の複数のレンズ２０２ａを
出射した光は、それぞれ対応する第２レンズ板２０３の
複数のレンズ２０３ａに集光する。即ち、第２レンズ板
２０３の複数のレンズ２０３ａのそれぞれに、２次光源
像が生成される。

【００４５】コンデンサレンズ２０４は、第２レンズ板
２０３の射出面近傍に配置されている。図２に示される
ように、コンデンサレンズ２０４は第２レンズ板２０３
の２次光源像から出射される照明光束を集光させる機能
を有する。また、コンデンサレンズ２０４は、フライア
イインテグレータ２０２、２０３によって生成された２
次光源像のそれぞれから出射した光束を、被照明体であ
る反射型ライトバルブ２０８のそれぞれの全面に重畳さ
せて照射する機能を有する。

【００４６】第１レンズ板２０２ａと反射型ライトバル
ブ２０８Ｒ、２０８Ｇ、２０８Ｂの共役な関係は、第２
レンズ板２０３のレンズ２０３ａ、コンデンサレンズ２
０４、及びフィールドレンズ２０５によって実現されて
いる。よって、第２レンズ板２０３の複数のレンズ２０
３ａに入射した光が反射型ライトバルブ２０８に重畳し
て照明される。従って、反射型ライトバルブ２０８Ｒ、
２０８Ｇ、２０８Ｂの均一照明が実現される。

【００４７】図１、図２に示されるように、フィールド
レンズ２０５は、第２レンズ板２０３の複数のレンズ２
０３ａに生成された各２次光源像から出射した光束（Ｌ
１，Ｌ２等）を平行光束に変換する。第２レンズ板２０
３の複数のレンズ２０３ａのうち中央のレンズは、後述
する投射レンズ２０９中の開口絞り２０９ｃの中央部と
共役な位置に配置されている。この共役関係は、コンデ
ンサレンズ２０４、フィールドレンズ２０５、前群レン
ズ２０９ａによって実現されており、主にフィールドレ
ンズ２０５、前群レンズ２０９ａによって実現されてい
る。

【００４８】次に、偏光分離、色分解、色合成、検光を
行う光学系について説明する。フィールドレンズ２０５
を出射した光は偏光ビームスプリッタ２０６に入射さ
れ、透過して進行するＰ偏光と反射して廃棄されるＳ偏
光とに偏光分離される。

【００４９】偏光ビームスプリッタ２０６を透過したＰ
偏光は、色分解合成複合プリズムのプリズム２０７Ａの
面２０７ａに入射される。色分解合成複合プリズムは、
プリズム２０７Ａ、プリズム２０７Ｂならびにプリズム
２０７Ｃとから構成される。なお、プリズム２０７Ａと
プリズム２０７Ｂとは空隙を有して配置される。プリズ
ム２０７Ｂとプリズム２０７Ｃとは、プリズム２０７の
２０７ｅ面に形成されたＲ光反射ダイクロイック膜とプ
リズム２０７Ｃとを接着剤にて接合することにより一体
化されている。

【００５０】プリズム２０７Ａに入射した光はそのまま
進行し、面２０７ｂに形成されたＢ光反射ダイクロイッ
ク膜によってＢ光とＲ、Ｇ光の混合光とに色分解され
る。Ｂ光反射ダイクロイック膜はＢ光を反射し、Ｒ光と
Ｇ光とを透過する特性を有している。

【００５１】Ｂ光は面２０７ｂによって反射して進行
し、面２０７ａによって全反射作用を受けてさらに進行
し、プリズム２０７Ａの面２０７ｃから射出される。そ
して、Ｂ光は、射出面２０７ｃ近傍に配置された反射型
ライトバルブ２０８Ｂに入射する。

【００５２】プリズム２０７Ａを出射したＲ、Ｇ光の混
合光は、プリズム２０７Ｂに入射する。そしてＲ、Ｇ光
の混合光はプリズム２０７Ｂ中を進行し、面２０７ｅに
形成されたＲ光反射ダイクロイック膜によってＲ光とＧ
光とに色分解される。Ｒ光反射ダイクロイック膜はＲ光
を反射してＧ光を透過する特性を有する。

【００５３】その後、Ｒ光はプリズム２０７Ｂ中を進行
し、面２０７ｄによって全反射を受けてさらに進行し、
面２０７ｆから射出される。そしてＲ光は、射出面２０
７ｆ近傍に配置された反射型ライトバルブ２０８Ｒに入
射する。

【００５４】プリズム２０７Ｂを出射したＧ光は、プリ
ズム２０７Ｃに入射する。そしてＧ光は、プリズム２０
７Ｃを進行し、面２０７ｇから射出される。そしてＧ光
は、射出面２０７ｇ近傍に配置された反射型ライトバル
ブ２０８Ｇに入射する。

【００５５】ここで、反射型ライトバルブ２０８Ｒ、２
０８Ｇ、２０８Ｂにの機能を説明する。これらの反射型
ライトバルブ２０８は電気書き込み式反射型ライトバル
ブである。電気書き込み式反射型ライトバルブは、所定
の場所の液晶層を波長板層としての機能を与えることが
できる機能を有している。即ち、反射型ライトバルブ２
０８は、入射する直線偏光（例えばＰ偏光）に対して、
各色の画像信号によって選択された箇所に係る偏光の振
動方向を階調レベルに応じて偏光変換して反射射出させ
る。例えば、反射型ライトバルブ２０８は、階調レベル
が最低である非選択箇所の入射光をそのままの偏光（Ｐ
偏光）にて反射射出させる。また、反射型ライトバルブ
２０８は、階調レベルが最高である選択箇所の入射光
を、偏光の振動方向を９０度回転させて（Ｓ偏光に変換
して）反射射出させる。そして反射型ライトバルブ２０
８は、階調レベルが中間調である選択箇所の入射光を、
偏光の振動方向を階調レベルに合わせて回転した楕円偏
光として反射射出させる。

【００５６】反射型ライトバルブ２０８を出射した光
は、入射光軸と同じ光軸で入射方向とは逆行して進行
し、色分解合成複合プリズムを逆行して進行することに
より色合成が達成される。そして色合成光がプリズム２
０７Ａの面２０７ａから射出される。

【００５７】上述したように、複合プリズムから射出さ
れた合成光は変調光（Ｓ偏光）と非変調光（Ｐ偏光）の
混合光である。当該光は偏光ビームスプリタ２０６に入
射され、偏光分離部２０６ｐによって変調光（Ｓ偏光）
のみが反射光として検光される。尚、非変調光に相当す
るＰ偏光は偏光ビームスプリッタ２０６を透過して光源
２０１方向に不要光として廃棄される。

【００５８】検光された光は投射レンズ２０９に入射さ
れ、スクリーン２１０上にフルカラー像として投射され
る。以上が、第１の実施形態に係る投射型表示装置の基
本構成である。

【００５９】ここから、第１の実施形態に係る、投射レ
ンズ２０９の開口絞り２０９ｃによって定義される主光
線について説明する。まず、投射レンズ２０９の構造に
ついて説明する。投射レンズ２０９は前群レンズ２０９
ａと後群レンズ２０９ｂと開口絞り２０９ｃとを有して
いる。前群レンズ２０９ａは、開口絞り２０９ｃより前
側（反射型ライトバルブ２０８側）に配置されている。
後群レンズ２０９ｂは、開口絞り２０９ｃより後側（ス
クリーン側）に配置されている。

【００６０】さらに、開口絞り２０９ｃは前群レンズ２
０９ａの焦点距離の位置に配置されている。いわゆる前
側（反射型ライトバルブ２０８側）にテレセントリック
な光学系を構成している。ここで、開口絞り２０９ｃの
中心を通過する光線として主光線を定義する。この定義
による主光線は無限本あるが、そのうちの２本（Ｌ１，
Ｌ２）を図１の実線として図示する。

【００６１】図示のとおり、投射レンズ２０９の開口絞
り２０９ｃの中心を通過する光線（主光線）Ｌ１，Ｌ２
は進行方向（スクリーン方向）に対して逆行して考える
ことができる。前述したように前群レンズ２０９ａと開
口絞り２０９ｃとによりテレセントリックな光学系を構
成しているので、前群レンズ２０９ａと偏光ビームスプ
リッタ２０６の間において、主光線Ｌ１，Ｌ２は光軸に
対して平行な光線となることが理解できる。

【００６２】さらに、主光線Ｌ１，Ｌ２について光路を
逆行して考えると、偏光ビームスプリッタ２０６と色分
解合成複合プリズム（プリズム２０７Ａ、プリズム２０
７Ｂ、プリズム２０７Ｃ）と、反射型ライトバルブ２０
８Ｂ、２０８Ｒ、２０８Ｇ間の光路において、主光線Ｌ
１，Ｌ２は光軸に対して平行を保っている。

【００６３】さらに、各反射型ライトバルブ２０８Ｂ、
２０８Ｒ、２０８Ｇと、色分解合成複合プリズム（プリ
ズム２０７Ａ、２０７Ｂ、２０７Ｃ）と、偏光ビームス
プリッタリッタ２０６と、フィールドレンズ２０５に至
るまでは、同様に主光線Ｌ１，Ｌ２が光軸に平行であ
る。

【００６４】さらにフィールドレンズ２０５から主光線
Ｌ１，Ｌ２の光路を逆行して考えると、コンデンサレン
ズ２０４を経て、フライアイインテグテータを構成する
第２レンズ板２０３の略中央部に配置された光軸上のレ
ンズ２０３ａの位置において、主光線Ｌ１，Ｌ２が交わ
る。

【００６５】さらに第２レンズ板２０３から主光線Ｌ
１，Ｌ２の光路を逆行して考えると、主光線Ｌ１，Ｌ２
は、交差して広がり、対応する第１レンズ板２０２のレ
ンズ２０２ａの端部に交わる。更に逆行すると、主光線
Ｌ１，Ｌ２は、平行光として、光源２０１にぶつかる。

【００６６】以上の説明から、フィールドレンズ２０５
の射出面から前群レンズ２０９ａの入射面までの光路に
おいてテレセントリックな関係が維持されていることが
理解される。

【００６７】なお、図１においては、主光線Ｌ１，Ｌ２
の他に、開口絞り２０９ｃの両端部を通過する光線につ
いても示されている。この光線については、図１から理
解できるように、第２レンズ板２０３の両端のレンズ２
０３ａの中央にて交差して進行する光線と一致する。

【００６８】図２は、本発明の第１の実施形態の投射型
表示装置における主光線と開口数とを説明するための光
線図である。図２に記載の光線図は、前述の主光線Ｌ
１，Ｌ２と、開口数（ＮＡ）を定義する光線Ｍ１，Ｍ２
（破線にて記載）を示している。

【００６９】上述したように主光線Ｌ１，Ｌ２は、各反
射型ライトバルブ２０８Ｇ，２０８Ｒ，２０８Ｂとフィ
ールドレンズ２０５の間では光軸に平行であり、レンズ
２０３ａにて交わる。従ってフィールドレンズ２０５の
焦点距離をｆ１とすると、第２レンズ板２０３の主点は
フィールドレンズ２０５の略焦点位置（フィールドレン
ズ２０５から略ｆ１の距離）に配置される。この配置に
は、コンデンサレンズ２０４の光軸近傍を主光線Ｌ１，
Ｌ２が通過することが考慮されている。

【００７０】次に、反射型ライトバルブ２０８Ｇの光軸
の位置から定義される開口数（ＮＡ）を定義する光線
（破線にて図示されたＭ１，Ｍ２）について説明する。
光線Ｍ１，Ｍ２は、所定開口数（ＮＡ）の広がり角を有
して進行し、偏光ビームスプリッタ２０６を経て、当該
開口数を有して投射レンズ２０９に入射し、スクリーン
２１０の光軸位置に集光結像される。

【００７１】一方、光源２０１から見た光線Ｍ１，Ｍ２
の説明は、以下のとおりとなる。すなわち、結果から言
えば、フライアイインテグレータを構成する第２レンズ
板２０３の両端のレンズ２０３ａの中央を光軸に平行に
それぞれ進行する光線は、光線Ｍ１，Ｍ２と一致するこ
ととなる。したがって、第２レンズ板２０３の両端のレ
ンズ２０３ａの中央を光軸に平行にそれぞれ進行する光
線は、コンデンサレンズ２０４を射出して、当該レンズ
のパワーによって集光光線となり、さらに、フィールド
レンズ２０５を経て、前記の開口数（ＮＡ）を有して進
行し、反射型ライトバルブ２０８Ｇの光軸上に集光す
る。この説明から、反射型ライトバルブ２０８Ｇの反射
面は、フィールドレンズ２０５の焦点距離の位置に配置
されず、焦点位置より手前の位置に配置されることが理
解される。

【００７２】即ち、フィールドレンズ２０５の主点と第
２レンズ板２０３の主点との間の光路長は、反射型ライ
トバルブ２０８の反射面とフィールドレンズ２０５の主
点との間の光路長よりも長くなることが理解できる。

【００７３】上記の説明を定量的に述べると、フィール
ドレンズ２０５の焦点距離を上記のようにｆ１、コンデ
ンサレンズ２０４の焦点距離をｆ２（ｆ２＞ｆ１）とす
ると、コンデンサレンズ２０４は第２レンズ板２０３に
近接配置されるので、フィールドレンズ２０５の主点と
第2レンズ板２０３の主点との距離は略ｆ１である。

【００７４】光源側から第２レンズ板２０３に光軸に平
行に入射した光線Ｍ１，Ｍ２は、コンデンサレンズ２０
４とフィールドレンズ２０５によって、反射型ライトバ
ルブ２０８上の光軸上の位置に集光される。

【００７５】上述の関係となるような、フィールドレン
ズ２０５の主点と反射型ライトバルブ２０８の反射面と
の距離は、２枚の薄肉レンズによる近軸追跡の式から容
易に求められ、（空気換算長）（ｆ１（ｆ２−ｆ１））
／ｆ２である。即ち、反射型ライトバルブ２０８の反射
面はフィールドレンズ２０５の焦点距離の位置より空気
換算長でｆ１（ｆ１／ｆ２）だけ手前に配置されること
になる。

【００７６】尚、空気換算長とは光学的距離のことであ
り、実際の寸法のことではない。以上の配置により、第
２レンズ板２０３の複数のレンズ２０３ａに生成された
複数の２次光源像のいずれを出射した光であっても、反
射型ライトバルブ２０８を均一に重畳照明することにな
る。

【００７７】このように本実施の形態においては、偏光
ビームスプリッタ２０６、色分解合成プリズムを構成す
る各プリズム２０７、各色用反射型ライトバルブ２０８
が投射レンズ２０９の開口絞り２０９ｃによって定義さ
れる主光線Ｌ１，Ｌ２が光軸に平行な位置（テレセント
リックな位置）に配置される。

【００７８】上述の構成により、フィールドレンズ２０
５から前群レンズ２０９ａに至る光路において、第２レ
ンズ板２０３の複数のレンズ２０３ａに生成される２次
光源像から出射される光束は平行光束となる。当然主光
線Ｌ１，Ｌ２も、フィールドレンズ２０５から前群レン
ズ２０９ａに至る光路において、平行光束となる。よっ
て、当該光路中に配置される偏光ビームスプリッタ２０
６の偏光分離部２０６ｐ、色分解合成プリズム中のダイ
クロイック膜、各反射型ライトバルブの変調層のそれぞ
れに対しての主光線の入射角度は一定となる。

【００７９】主光線はその明るさにおいて、投射画像に
最も大きな影響を有する。そのため、本実施形態の装置
は、偏光分離部２０６ｐ、色分解合成プリズム中のダイ
クロイック膜、各反射型ライトバルブ２０８の変調層
が、入射角度によって異なる特性を有しているにも拘わ
らず、特性変化を最小限にすることができた。そのた
め、本実施形態の装置は、従来の装置と比較して、投射
像におけるコントラストの劣化、およびに発生するムラ
（色ムラ）の低減を実現した。

【００８０】また、上述の構成により、フィールドレン
ズ２０５から前群レンズ２０９ａに至る光路において、
第２レンズ板２０３の複数のレンズ２０３ａの中央のレ
ンズに生成される２次光源像から出射される平行光束
（主光線）は光軸に対して平行である。そのため、前群
レンズ２０９ａによる反射型ライトバルブ２０８の像倍
率は変化しない。即ち、反射型ライトバルブ２０８の取
り付け位置が光軸方向に多少ずれても、スクリーン２１
０に投射される像のサイズは変化しない。そのため、各
反射型ライトバルブ２０８が光軸方向に厳密に取り付け
られていなくても、画素ずれなどが発生しない。よっ
て、製造コストが削減されるという効果がある。

【００８１】更に、フィールドレンズ２０５の主点と反
射型ライトバルブ２０８の反射面との距離は、空気換算
長で（ｆ１（ｆ２−ｆ１））／ｆ２である。そのため、
反射型ライトバルブ２０８上のどの点も、複数の２次光
源像の各光源像によって重畳照明される。

【００８２】本実施の形態においては、使用したフライ
アイインテグレータ２０２、２０３は第１レンズ板２０
２と第２レンズ板２０３と分離された分離型のフライア
イインテグレータ２０２、２０３を使用した。その代わ
りに、第１レンズ板２０２と第２レンズ板２０３との機
能を１１つで兼用した一体型のフライアイインテグレー
タを使用することもできる。その際には、フィールドレ
ンズ２０５の略焦点距離の位置には一体型のフライアイ
インテグレータの射出面側の主点を配置すればよい。換
言すれば、フライアイインテグレータが分離型であって
も一体型であっても、フライアインテグレータの射出面
側（第２レンズ板２０３）の主点がフィールドレンズ２
０５の略焦点距離の位置に配置すればよいことになる。（第２の実施の形態）図３、図４は本発明の第２の実施
の形態を示す投射型表示装置の基本構成と当該装置の光
線図である。

【００８３】本実施形態の装置では、レンズ１０４がコ
ンデンサレンズならびにフィールドレンズのそれぞれの
機能を併せ持つことにより、テレセントリック性が確保
される。

【００８４】光源１０１、複数のレンズ１０２ａからな
る第１レンズ板１０２、複数のレンズ１０３ａからなる
第２レンズ板１０３は、第１の実施の形態における光源
２０１、第１レンズ板２０２、第２レンズ板２０３と同
様であり、その構造、機能についての詳細な説明は省略
する。

【００８５】本実施形態では、第２レンズ板１０３の射
出面近傍にはコンデンサレンズは配置されない。第２レ
ンズ板１０３を出射した光は、偏光ビームスプリッタ１
０６の入射面の近傍位置に配置されたレンズ１０４に入
射される。そしてレンズ１０４を出射した光が偏光ビー
ムスプリッタ１０６に入射する。偏光ビームスプリッタ
１０６は、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射することによ
り、入射する光を偏光分離する。Ｓ偏光は不要光として
廃棄される。

【００８６】偏光ビームスプリッタ１０６、プリズム１
０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｃ、反射型ライトバルブ１０
８Ｂ、１０８Ｒ、１０８Ｇ、投射レンズ１０９について
は、第１の実施形態における偏光ビームスプリッタ２０
６、プリズム２０７Ａ、２０７Ｂ、２０７Ｃ、反射型ラ
イトバルブ２０８Ｂ、２０８Ｒ、２０８Ｇ、投射レンズ
２０９と同様であり、その構造並びに機能についての説
明は省略する。

【００８７】投射レンズ１０９の開口絞り１０９ｃは、
反射型ライトバルブ１０８側（前側）の前群レンズ１０
９ａの焦点位置に配置されている。よって開口絞り１０
９ｃと前群レンズ１０９ａとにより、前群レンズ１０９
ａの前側にテレセントリックな光学系が構成されてい
る。そのため、開口絞り１０９ｃの中心を通過する光線
として定義される主光線Ｌ３，Ｌ４は、反射型ライトバ
ルブ１０８側（前側）においては光軸に対して平行な光
線となっている。

【００８８】レンズ１０４は図３から理解できるよう
に、コンデンサレンズの機能とフィールドレンズの機能
とを兼用している。コンデンサレンズの機能は２つあ
る。1つ目のコンデンサレンズの機能は、第２レンズ板
１０３に生成される２次光源像から出射される光束を集
光させる機能である。2つ目のコンデンサレンズの機能
は、フライアイインテグレータ１０２、１０３によって
生成された２次光源像のそれぞれから出射した光束を、
被照明体である反射型ライトバルブ１０８のそれぞれの
全面に重畳させて照射する機能である。

【００８９】フィールドレンズの機能とは、第２レンズ
板１０３の複数のレンズ１０３ａの各々のレンズに生成
される２次光源像から出射した光束（Ｌ３，Ｌ４等）を
平行光束に変換する機能である。

【００９０】ところで、第２レンズ板１０３の複数のレ
ンズ１０３ａのうち中央のレンズは、投射レンズ１０９
中の開口絞り１０９ｃの中央部と共役な位置に配置され
ている。この共役関係は、レンズ１０４及び前群レンズ
１０９ａによって実現されている。

【００９１】従って上記の光線Ｌ３，Ｌ４は、開口絞り
１０９ｃによって定義される主光線に一致する。よっ
て、レンズ１０４は、レンズ１０４から前群レンズ１０
９ａに至る光路において、主光線Ｌ３，Ｌ４が光軸に平
行になることを担保する機能があるといえる。

【００９２】図３に示されるように、主光線Ｌ３，Ｌ４
は、投射レンズ１０９からレンズ１０４に至る光路にお
いて、光軸と平行である。さらにレンズ１０４から主光
線Ｌ３，Ｌ４の光路を逆行して考えると、フライアイイ
ンテグテータを構成する第２レンズ板１０３の略中央部
に配置された光軸上のレンズ１０３ａの位置において、
主光線Ｌ３，Ｌ４が交わる。

【００９３】さらに第２レンズ板１０３から主光線Ｌ
３，Ｌ４の光路を逆行して考えると、主光線Ｌ３，Ｌ４
は、交差して広がり、対応する第１レンズ板１０２のレ
ンズ１０２ａの端部に交わる。更に逆行すると、主光線
Ｌ３，Ｌ４は、平行光として、光源１０１へぶつかる。

【００９４】なお、第１の実施形態と同様に、投射レン
ズ１０９の開口絞り１０９ｃの端部を通過する光線とし
て定義される光線についても、第２レンズ板１０３の両
端部のレンズ１０３ａの中央部にて交差する光線とな
る。

【００９５】図４において、主光線Ｌ３，Ｌ４と、開口
数（ＮＡ）を有する光線（破線にてＭ３、Ｍ４として図
示）を示す。まずレンズ１０４の主点と第２レンズ板１
０３の主点との距離について考える。

【００９６】主光線Ｌ３，Ｌ４は反射型ライトバルブか
ら複合プリズム、偏光ビームスプリッタ１０６を経由し
てレンズ１０４までは光軸に平行であり、第２レンズ板
１０３の光軸上のレンズ１０３ａに集光交差する。即
ち、レンズ１０４の一方の焦点の位置に第２レンズ板１
０３の主点が配置されている。そして、レンズ１０４の
主点と第２レンズ板１０３の主点とは略ｆ３の距離だけ
離れている。

【００９７】次にレンズ１０４の主点と反射型ライトバ
ルブ１０８の反射面との距離を考える。第２レンズ板１
０３の両端部のレンズ１０３ａの中央部に光軸に平行に
入射した光線Ｍ３，Ｍ４は、光軸に対して平行に進行
し、レンズ１０４のパワーによって折り曲げられ、反射
型ライトバルブ１０８Ｂ、１０８Ｒ、１０８Ｇの光軸上
の点に集光される。即ち、各色反射型ライトバルブ１０
８の反射面は、レンズ１０４の他方の焦点位置に配置さ
れている。そしてレンズ１０４の主点と反射型ライトバ
ルブ１０８の反射面との距離は略ｆ３である。

【００９８】本実施形態の装置は、第１の実施形態の装
置と比較して設計の自由度が大きい。そのため、本実施
形態の装置は、第１の実施形態の装置と比べて光源１０
１から反射型ライトバルブ１０８までの距離を短縮した
設計にすることが可能となる。その理由について、以下
に説明する。

【００９９】第１の実施形態の装置の場合、コンデンサ
レンズ２０４は第２レンズ板２０３近傍に配置される。
なぜならば、コンデンサレンズ２０４と第２レンズ板２
０３との距離が離れば離れるほど光源２０１からの照明
光束は発散するので、コンデンサレンズ２０４の直径を
大きくしなければならない。そのために、コンデンサレ
ンズ２０４は第２レンズ板２０３近傍に配置されること
になる。よって、第１の実施形態で説明した通り、第２
レンズ板２０３の主点とフィールドレンズ２０５の主点
との距離はｆ１となる。またフィールドレンズ２０５の
主点と反射型ライトバルブ２０８の反射面との距離は略
ｆ１（ｆ２−ｆ１）／ｆ２となる。

【０１００】従って第２レンズ板２０３の主点から反射
型ライトバルブ２０８の反射面までの距離は、以下の式
１のごとくなる。ｆ１＋ｆ１（ｆ２−ｆ１）／ｆ２＝２ｆ１−ｆ１²／ｆ２・・・（式１）一方、本実施形態の装置は、レンズ１０４の主点と第２
レンズ板１０３の主点との距離はｆ３である。また、レ
ンズ１０４の主点と反射型ライトバルブ１０８の反射面
との距離もｆ３である。

【０１０１】従って、第２レンズ板１０３の主点から反
射型ライトバルブ１０８の反射面までの距離は、以下の
式２の如くなる。２ｆ３・・・（式２）このため、本実施形態の装置は、レンズ１０４の主点が
反射型ライトバルブ１０８の反射面に近ければ近いほ
ど、第２レンズ板１０３の主点と反射型ライトバルブ１
０８の反射面との距離が短い小型の装置となる。

【０１０２】上述の条件であって、以下の式３を満たせ
ば、本実施形態の装置は第１実施形態の装置よりも、第
２レンズ板と反射型ライトバルブとの距離が短い小型の
装置となる。２ｆ１−ｆ１²／ｆ２ ≧ ２ｆ３・・・（式３）本実施形態の装置と第１実施形態の装置との投射レンズ
を、同一な開口数のレンズと仮定して、条件をそろえて
第２実施形態の装置と第１実施形態の装置との寸法を比
較することにする。一般的に、照明の効率の観点から、
投射レンズの開口数と照明光学系の開口数は同じと考え
て、上記仮定により図２と図４の開口数ＮＡは同じ考え
ることにする。

【０１０３】開口数ＮＡが同じであるとすると、本実施
形態のレンズ１０４の主点と反射型ライトバルブ１０８
の反射面との光路長を、第１の実施形態のフィールドレ
ンズ２０５の主点と反射型ライトバルブ２０８の反射面
と間の光路長とが同じであると考えることができる。

【０１０４】この場合は、以下の式４を満たす。ｆ３＝ｆ１（ｆ２−ｆ１）／ｆ２・・・（式４）式１、式２及び式４とから、第１の実施形態の第２レン
ズ板２０３から反射型ライトバルブ２０８までの距離と
本実施形態の第２レンズ板１０３から反射型ライトバル
ブ１０８との距離の差を求めると、以下の式６の如くな
る。（式１）−（式２）＝２ｆ１−ｆ１²／ｆ２−２ｆ３＝２ｆ１−ｆ１²／ｆ２−２ｆ１（ｆ２−ｆ１）／ｆ２＝ｆ１²／ｆ２＞０・・・（式５）従って、投射レンズの開口数が同じ場合、式５により、
本実施形態の装置の方が第１実施形態の装置よりも第２
レンズ板の主点と反射型ライトバルブの反射面との距離
が短い小型の装置とすることが可能であることが理解さ
れる。

【０１０５】本実施形態においては、使用したフライア
イインテグレータ１０２，１０３は第１レンズ板１０２
と第２レンズ板１０３と分離された分離型のフライアイ
インテグレータ１０２，１０３を使用した。その代わり
に、第１レンズ板１０２と第２レンズ板１０３との機能
を１つで兼用した一体型のフライアイインテグレータを
使用することもできる。その際には、レンズ１０４の略
焦点距離の位置には一体型のフライアイインテグレータ
の射出面側の主点を配置すればよい。換言すれば、フラ
イアイインテグレータが分離型であっても一体型であっ
ても。フライアインテグレータの射出面側の（第２レン
ズ板１０３）の主点が、フィールドレンズの機能を兼用
するレンズ１０４の略焦点距離の位置に配置すればよい
ことになる。（第３の実施の形態）図５、図６に第３の実施の形態を
示す投射型表示装置の構成図ならびに光線図を示す。図
６は、図２と同様に投射レンズ２０９の開口絞りの中心
を通過する光線として定義される主光線のうちの２本
（Ｌ１，Ｌ２）と、反射型ライトバルブ２０８の光軸か
ら開口数（ＮＡ）を定義する光線（Ｍ１，Ｍ２）を示し
たものである。

【０１０６】第１の実施の形態と異なるのはフライアイ
ンテグレータならびにコンデンサレンズである。それ以
外の構成部材については第１の実施の形態と同様である
ので同じ部番を記載し、その構成ならびに機能の詳細説
明は省略する。

【０１０７】第１の実施形態ではフライアイインテグレ
ータ射出面近傍にコンデンサレンズ２０４を配置した構
成であった。それに対し、本実施形態ではコンデンサレ
ンズ２０４は配置されない。その代わりに、第２レンズ
板２０３’が、第１の実施形態の第２レンズ板２０３の
機能とコンデンサレンズ２０４の機能との両方の機能を
有する構成とした。すなわち、レンズ板２０３’を構成
する複数のレンズ２０３ａ’は全て異なる形状であり、
レンズ板２０３’全体が焦点距離ｆ２（パワーとして１
／ｆ２）を有するレンズとして機能する。そして、第１
レンズ板２０２の各レンズ２０２ａ上の点を反射型ライ
トバルブ２０８上の共役点にフィールドレンズ２０５を
経て重畳結像させる。そのために、コンデンサレンズを
別途配置することなく、フライアイインテグレータのみ
で、各反射型ライトバルブ２０８への重畳照明が担保さ
れる。

【０１０８】開口絞り２０９ｃは前群レンズ２０９ａの
焦点距離の位置に配置されている。いわゆる前側（反射
型ライトバルブ２０８側）にテレセントリックな光学系
を構成している。ここで、開口絞り２０９ｃの中心を通
過する光線として主光線を定義する。この定義による主
光線は無限本あるが、そのうちの２本（Ｌ１，Ｌ２）を
図５の実線として図示する。

【０１０９】図示のとおり、投射レンズ２０９の開口絞
り２０９ｃの中心を通過する光線（主光線）Ｌ１，Ｌ２
は進行方向（スクリーン方向）に対して逆行して考える
ことができる。前述したように前群レンズ２０９ａと開
口絞り２０９ｃとによりテレセントリックな光学系を構
成しているので、前群レンズ２０９ａとフィールドレン
ズ２０５との間の光路において、主光線Ｌ１，Ｌ２は光
軸に対して平行を保っている。

【０１１０】さらにフィールドレンズ２０５から主光線
Ｌ１，Ｌ２の光路を逆行して考えると、フライアイイン
テグテータを構成する第２レンズ板２０３’の略中央部
に配置された光軸上のレンズ２０３’ａの位置におい
て、主光線Ｌ１，Ｌ２が交わる。

【０１１１】さらに第２レンズ板２０３’から主光線Ｌ
１，Ｌ２の光路を逆行して考えると、主光線Ｌ１，Ｌ２
は、交差して広がり、対応する第１レンズ板２０２のレ
ンズ２０２ａの端部に交わる。更に逆行すると、主光線
Ｌ１，Ｌ２は、平行光として、光源２０１のランプに到
達する。

【０１１２】以上の説明から、フィールドレンズ２０５
の射出面から前群レンズ２０９ａの入射面までの光路に
おいてテレセントリックな関係が維持されていることが
理解される。

【０１１３】尚、図５においては、主光線Ｌ１，Ｌ２の
他に、開口絞り２０９ｃの両端部を通過する光線につい
ても示されている。この光線については、図５から理解
できるように、第２レンズ板２０３’の両端のレンズ２
０３’ａの中央にて交差して進行する光線と一致する。

【０１１４】尚、第１の実施形態の場合と同様に考え
て、フィールドレンズ２０５の主点と第２レンズ板２０
３’の主点との距離は、フィールドレンズ２０５の焦点
距離ｆ１だけ離れている。また、フィールドレンズ２０
５の主点と反射型ライトバルブ２０８の反射面との距離
は、空気換算長で（ｆ１（ｆ２−ｆ１））／ｆ２であ
る。

【０１１５】尚、上記第１乃至第３実施形態において
は、偏光ビームスプリッタによって偏光分離された偏光
のうちのＰ偏光を色分解して反射型ライトバルブに入射
する構成を採用した。その代わりに、Ｓ偏光を使用し、
Ｐ偏光を廃棄する構成を採用することもできる。

【０１１６】また、上記第１乃至第３実施形態において
は、色分解合成光学系としてプリズム部材を使用するこ
とにしたが、ダイクロイックミラーを使用する構成の色
分解合成光学系を採用することもできる。ダイクロイッ
クミラーにおいてもダイクロイック膜は同様に入射角度
によってその特性が変化するので、本実施形態の構成と
することにより同様な効果が得られる。（第４の実施の形態）図７は本発明の第４の実施の形態
を示す投射型表示装置の基本構成図ならびに当該装置に
おける光線図を示している。まず、投射型表示装置の基
本構成から説明する。

【０１１７】初めに照明光学系について説明する。本実
施形態では照明光学系のインテグレータとしていわゆる
フライアイインテグレータを採用する。

【０１１８】照明光学系は、光源３０１とフライアイイ
ンテグレータ３０２、３０３と、偏光変換装置３１０と
コンデンサレンズ３０４とフィールドレンズ３０５とか
ら構成される。

【０１１９】光源３０１はランプと凹面鏡とから構成さ
れる。凹面鏡は放物面鏡である。放物面鏡を使用したの
は射出光を略平行光束にするためである。光源３０１か
ら出射した略平行光束は、フライアイインテグレータ３
０２，３０３に入射する。

【０１２０】フライアイインテグレータ３０２，３０３
は、第１レンズ板３０２と、第２レンズ板３０３とから
構成される。第１レンズ板３０２は、複数のレンズ３０
２ａが平面的に配列されている。第２レンズ板３０３
は、複数のレンズ３０３ａが平面的に配置されている。
第２レンズ板３０３のレンズ３０３ａはそれぞれ、対応
する第１レンズ板３０２のレンズ３０２ａの焦点位置に
配置されている。

【０１２１】上述の構成において、凹面鏡から出射され
た略平行光束は第１レンズ板３０２の複数のレンズ３０
２ａの開口によって分割される。そして、第１レンズ板
３０２の複数のレンズ３０２ａを出射した光は、第２レ
ンズ板３０３の対応する複数のレンズ３０３ａに集光す
る。即ち、第２レンズ板３０３の複数のレンズ３０３ａ
のそれぞれに、２次光源像が生成される。

【０１２２】偏光変換装置３１０は、第２レンズ板３０
３から出射した光を単一偏光に変換して出射する装置で
ある。本実施形態の偏光変換装置３１０はＰ偏光を出射
する。偏光変換装置３１０の構成について、以下に簡単
に説明する。

【０１２３】偏光変換装置３１０は、複数の小型偏光ビ
ームスプリッタと、複数の１／２波長板により構成され
ている。複数の小型偏光ビームスプリッタは、各々の偏
光分離面が平行になるように接着されている。そして、
複数の小型偏光ビームスプリッタの射出面側であって、
小型偏光ビームスプリッタの１つおきに１／２波長板が
配置されている。従って、偏光変換装置３１０は、Ｐ偏
光をそのまま透過し、Ｓ偏光を１／２波長板によりＰ偏
光に変換する。従って、偏光変換装置３１０を出射する
光は全てＰ偏光となる。

【０１２４】コンデンサレンズ３０４は、偏光変換装置
３１０の射出面近傍に配置されている。コンデンサレン
ズ３０４は偏光変換装置３１０を介して第２レンズ板３
０３に生成される２次光源像から出射される照明光束を
集光させる機能を有する。また、コンデンサレンズ３０
４は、フライアイインテグレータ３０２、３０３によっ
て生成された２次光源像のそれぞれから出射された光束
を、被照明体である反射型ライトバルブ３０８のそれぞ
れの全面に重畳させて照射する機能を有する。

【０１２５】第１レンズ板３０２ａと反射型ライトバル
ブ３０８Ｒ、３０８Ｇ、３０８Ｂの共役な関係は、第２
レンズ板３０３のレンズ３０３ａ、コンデンサレンズ３
０４、及びフィールドレンズ３０５によって実現されて
いる。よって、第２レンズ板３０３の複数のレンズ３０
３ａに入射した光が反射型ライトバルブ３０８に重畳し
て照明される。従って、反射型ライトバルブ３０８Ｒ、
３０８Ｇ、３０８Ｂの均一照明が実現される。

【０１２６】図７に示されるように、フィールドレンズ
３０５は、第２レンズ板３０３の複数のレンズ３０３ａ
に生成された各２次光源像から出射した光束（Ｌ５，Ｌ
６等）を平行光束に変換する。第２レンズ板３０３の複
数のレンズ３０３ａのうち中央のレンズは、投射レンズ
３０９中の開口絞り３０９ｃの中央部と共役な位置に配
置されている。この共役関係は、コンデンサレンズ３０
４、フィールドレンズ３０５、及び前群レンズ３０９ａ
によって実現されており、主にフィールドレンズ３０
５、前群レンズ３０９ａによって実現されている。

【０１２７】図７に示されるように、フィールドレンズ
３０５は、第２レンズ板３０３の複数のレンズ３０３ａ
の各々のレンズに生成される各輝点から出射した光束
（Ｌ５，Ｌ６等）を平行光束に変換して、偏光ビームス
プリッタ３０６側に出射する。

【０１２８】次に色分解光学系について説明する。フィ
ールドレンズ３０５を出射した単一偏光は、波長選択性
位相板３１１ＡによってＧ光のみＳ偏光に変換される。
波長選択性位相板３１１Ａは、Ｒ光の偏光方向とＢ光の
偏光方向とを変えない。波長選択性位相板３１１は例え
ば米国特許5,751,384号に開示の公知の素子である。

【０１２９】波長選択性位相板３１１Ａを出射した光
は、偏光ビームスプリッタ３０６に入射する。偏光ビー
ムスプリッタ３０６の偏光分離面３０６ｐは、Ｐ偏光で
あるＢ光とＲ光とを透過し、偏光ビームスプリッタ３１
３側へ出射する。そして、偏光ビームスプリッタ３０６
の偏光分離面３０６pは、Ｓ偏光であるＧ光を反射し、
偏光ビームスプリッタ３１２へ出射する。上記から理解
されるように、波長選択性位相板３１１Ａと偏光ビーム
スプリッタ３０６との組み合わせにより、第1色分解光
学系が構成される。

【０１３０】上述のＧ光はＳ偏光であるので、偏光ビー
ムスプリッタ３１２の偏光分離面３１２ｐにより反射さ
れ、反射型ライトバルブ３０８Ｇへ出射される。一方、
Ｒ光とＢ光との混合光は、波長選択性位相板３１１Ｂに
よってＢ光のみＳ偏光に変換され、偏光ビームスプリッ
タ３１３へ出射される。

【０１３１】波長選択性位相板３１１Ｂ通過後のＲ光
は、Ｐ偏光である。そのため、Ｒ光は、偏光ビームスプ
リッタ３１３の偏光分離面３１３ｐを透過し、反射型ラ
イトバルブ３０８Ｒへ出射される。一方Ｂ光はＳ偏光で
あるため、偏光ビームスプリッタ３１３の偏光分離面３
１３ｐを反射し、反射型ライトバルブ３０８Ｂへ出射さ
れる。

【０１３２】上記から理解されるように、波長選択性位
相板３１１Ｂと偏光ビームスプリッタ３１３との組み合
わせにより、第２色分解光学系が構成される。反射型ラ
イトバルブ３０８Ｒ，３０８Ｇ，３０８Ｂについては、
第１実施形態の反射型ライトバルブ２０８Ｒ，２０８
Ｇ，２０８Ｂと機能が同じであるので説明を省略する。

【０１３３】次に色合成光学系について説明する。反射
型ライトバルブ３０８Ｒを出射した光のうちＳ偏光のみ
が、偏光ビームスプリッタ３１３の偏光分離面３１３ｐ
を反射する。即ち、Ｓ偏光成分のみが、偏光ビームスプ
リッタ３１３により検光される。

【０１３４】反射型ライトバルブ３０８Ｂを出射した光
のうちＰ偏光成分のみが、偏光ビームスプリッタ３１３
の偏光分離面３１３ｐを通過する。即ち、Ｐ偏光成分の
みが、偏光ビームスプリッタ３１３により検光される。

【０１３５】検光されたＲ光及びＢ光はともに偏光ビー
ムスプリッタ３１３を出射する。以上の説明により、偏
光ビームスプリッタ３１３が第１色合成光学系を構成し
ていることが理解される。

【０１３６】偏光ビームスプリッタ３１３を出射したＲ
光及びＢ光は波長選択性位相板３１１Ｃにより、Ｒ光の
みＰ偏光に変換される。よって、波長選択性位相板３１
１Ｃを出射したＲ光とＢ光とは、ともにＰ偏光となって
いる。

【０１３７】Ｒ光とＢ光は共にＰ偏光であるので、偏光
ビームスプリッタ３１４の偏光分離面３１４ｐを透過し
て、投射レンズ３０９に出射される。反射型ライトバル
ブ３０８Ｇを出射した光のうちＰ偏光成分のみが、偏光
ビームスプリッタ３１２の偏光分離面３１２ｐを通過す
る。即ち、Ｐ偏光成分のみが、偏光ビームスプリッタ３
１２により検光される。偏光ビームスプリッタ３１２を
出射したＰ偏光のＧ光は、１／２波長板３１５によりＳ
偏光に変換される。

【０１３８】Ｇ光はＳ偏光であるので、偏光ビームスプ
リッタ３１４の偏光分離面３１４ｐを反射して、投射レ
ンズ３０９に出射される。以上説明したように、偏光ビ
ームスプリッタ３１４からＲ光、Ｇ光、Ｂ光の合成光が
出射される。従って、波長選択性位相板３１１Ｃと偏光
ビームスプリッタ３１４と１／２波長板３１５との組み
合わせにより第２色合成光学系が構成されていることが
理解される。

【０１３９】投射レンズ３０９は、偏光ビームスプリッ
タ３１４から出射した光をスクリーン３１７に投射す
る。即ち投射レンズ３０９は、反射型ライトバルブ３０
８Ｒ，３０８Ｇ，３０８Ｂの像をスクリーン３１７に投
影する。

【０１４０】投射レンズ３０９の構成は第１実施形態の
投射レンズ２０９と同様であるので、その説明を省略す
る。投射レンズ３０９の開口絞り３０９ｃは前群レンズ
３０９ａの焦点距離の位置に配置されている。いわゆる
前側（反射型ライトバルブ３０８側）にテレセントリッ
クな光学系を構成している。ここで、開口絞り３０９ｃ
の中心を通過する光線として主光線を定義する。この定
義による主光線は無限本あるが、そのうちの２本（Ｌ
５，Ｌ６）を図７の実線として図示する。

【０１４１】前述したように前群レンズ３０９ａと開口
絞り３０９ｃとによりテレセントリックな光学系を構成
しているので、前群レンズ３０９ａとフィールドレンズ
３０５に挟まれる光学系において、主光線Ｌ５，Ｌ６は
光軸に対して平行な光線となることが理解できる。

【０１４２】上述の構成により、フィールドレンズ３０
５から前群レンズ３０９ａに至る光路において、第２レ
ンズ板３０３の複数のレンズ３０３ａに生成される２次
光源像から出射される光束は平行光束となる。当然主光
線Ｌ５，Ｌ６も、フィールドレンズ３０５から前群レン
ズ３０９ａに至る光路において、平行光束となる。よっ
て当該光路中に配置される偏光ビームスプリッタ３０
６，３１２，３１３，３１４の偏光分離部３０６ｐ，３
１２ｐ，３１３ｐ，３１４ｐ、各反射型ライトバルブ３
０８の変調層、波長選択性位相板３１１Ａ、３１１Ｂ、
３１１Ｃ、１／２波長板３１５のそれぞれに対しての主
光線の入射角度は一定となる。

【０１４３】主光線はその明るさにおいて、投射画像に
最も大きな影響を有する。そのため、本実施形態の装置
は、偏光分離部３０６ｐ，３１２ｐ，３１３ｐ，３１４
ｐ、各反射型ライトバルブ３０８の変調層が入射角度に
よって異なる特性を有しているにも拘わらず、特性変化
を最小限にすることができた。そのため、本実施形態の
装置は、従来の装置と比較して、投射像におけるコント
ラストの劣化、およびに発生するムラ（色ムラ）の低減
を実現した。

【０１４４】また、波長選択性位相板３１１Ａ、３１１
Ｂ、３１１Ｃ、１／２波長板３１５も偏光分離部３０６
ｐ，３１２ｐ，３１３ｐ，３１４ｐ、や各反射型ライト
バルブ３０８の変調層程ではないが、入射角度によって
異なる特性を有している。そのため、本実施形態の装置
は、波長選択性位相板３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃ、
１／２波長板３１５が入射角度によって異なる特性を有
しているにも拘わらず、特性変化を最小限にすることが
できた。

【０１４５】また、上述の構成により、フィールドレン
ズ３０５から前群レンズ３０９ａに至る光路において、
第２レンズ板３０３の複数のレンズ３０３ａの中央のレ
ンズに生成される２次光源像から出射される平行光束
（主光線）は光軸に対して平行である。そのため、前群
レンズ３０９ａによる反射型ライトバルブ３０８の像倍
率は変化しない。即ち、反射型ライトバルブ３０８の取
り付け位置が光軸方向に多少ずれても、スクリーン３１
７に投射される像のサイズは変化しない。そのため、各
反射型ライトバルブ３０８が光軸方向に厳密に取り付け
られていなくても、画素ずれなどが発生しない。よっ
て、製造コストが削減されるという効果がある。

【０１４６】尚、フィールドレンズ３０５の焦点距離を
ｆ１、コンデンサレンズ３０４の焦点距離をｆ２（ｆ２
＞ｆ１）とすると、コンデンサレンズ３０４は第２レン
ズ板３０３に近接配置されるので、フィールドレンズ３
０５の主点とコンデンサレンズ３０４の主点との距離は
略ｆ１である。

【０１４７】光線Ｍ５，Ｍ６は開口絞り３０９ｃによっ
て決定される開口数（ＮＡ）を示す。光源側から第２レ
ンズ板３０３に光軸に平行に入射した光線Ｍ５，Ｍ６
は、距離ｆ１を隔てたコンデンサレンズ３０４とフィー
ルドレンズ３０５によって、反射型ライトバルブ３０８
の光軸上の位置に集光される。

【０１４８】上述の関係となるような、フィールドレン
ズ３０５と反射型ライトバルブ３０８との距離は、２枚
の薄肉レンズによる近軸追跡の式から容易に求められ、
（空気換算長）（ｆ１（ｆ２−ｆ１））／ｆ２である。
即ち、反射型ライトバルブ３０８の反射面はフィールド
レンズ３０５の焦点距離の位置より空気換算長でｆ１
（ｆ１／ｆ２）だけ手前に配置されることになる。

【０１４９】以上の配置により、第２レンズ板３０３の
複数のレンズ３０３ａのそれぞれに形成された２次光源
像を出射した光が、反射型ライトバルブ３０８を均一に
重畳照明する。

【０１５０】尚、本実施形態では、波長選択性位相板３
１１Ａと偏光ビームスプリッタ３０６とにより、Ｇ光
と、Ｒ，Ｂ光の混合光とを分離することにしたが、本発
明はそれに限られることはない。波長選択性位相板３１
１Ａを別な特性のものと置きかえることにより、Ｒ光の
み（又はＢ光のみ）を分離することも可能である。その
場合は、波長選択性位相板３１１Ｂの特性もまた別な特
性にすることにより、Ｇ光とＢ光（又はＲ光）とを分離
すれば良い。

【０１５１】なお、第３の実施形態にて示したように、
第２レンズ板３０３全体としてパワーを有するレンズ板
とすれば、コンデンサレンズ３０４を別途用意しなくて
もよい。（第５の実施の形態）図８は第５の実施の形態の装置を
示す投射型表示装置の基本構成図ならびに当該装置にお
ける光線図を示している。本実施形態の装置が第４の実
施の形態の装置と異なる点は、コンデンサレンズとフィ
ールドレンズとの機能を兼用したレンズ４０４を搭載し
ている点である。

【０１５２】光源４０１、第１レンズ板４０２、第２レ
ンズ板４０３、偏光変換装置４１０は、第４の実施形態
の光源３０１、第１レンズ板３０２、第２レンズ板３０
３、偏光変換装置３１０と同じ構成であり、その構造、
機能についての詳細な説明は省略する。

【０１５３】本実施形態の装置では、第２の実施例同様
にレンズ４０４がコンデンサレンズならびにフィールド
レンズのそれぞれの機能を併せ持つことにより、テレセ
ントリック性が確保される。

【０１５４】コンデンサレンズの機能は２つある。1つ
目のコンデンサレンズの機能は、第２レンズ板４０３に
生成される２次光源像を出射した光であって、偏光変換
装置４１０を介して出射された照明光束を集光させる機
能である。2つ目のコンデンサレンズの機能は、フライ
アイインテグレータ４０２、４０３によって生成された
２次光源像のそれぞれから出射された光束を、被照明体
である反射型ライトバルブ４０８のそれぞれの全面に重
畳させて照射する機能である。

【０１５５】フィールドレンズの機能とは、第２レンズ
板４０３の複数のレンズ４０３ａの各々のレンズに生成
された２次光源像から出射した光束（Ｌ７，Ｌ８等）を
平行光束に変換する機能である。

【０１５６】ところで、第２レンズ板４０３の複数のレ
ンズ４０３ａのうち中央のレンズは、投射レンズ４０９
中の開口絞り４０９ｃの中央部と共役な位置に配置され
ている。従って上記の光線Ｌ７，Ｌ８は、開口絞り４０
９ｃによって定義される主光線に一致する。よって、レ
ンズ４０４は、レンズ４０４と各色用反射型ライトバル
ブ４０８Ｂ、４０８Ｒ、４０８Ｇとの間の光路におい
て、主光線が光軸に平行になることを担保する機能があ
るといえる。

【０１５７】波長選択性位相板４１１Ａ，４１１Ｂ，４
１１Ｃ、偏光ビームスプリッタ４０６，４１２，４１
３，４１４、反射型ライトバルブ４０８Ｒ，４０８Ｇ，
４０８Ｂ、１／２波長板４１５、投射レンズ４０９は、
第４の実施形態の波長選択性位相板３１１Ａ，３１１
Ｂ，３１１Ｃ、偏光ビームスプリッタ３０６，３１２，
３１３，３１４、反射型ライトバルブ３０８Ｒ，３０８
Ｇ，３０８Ｂ、１／２波長板３１５、投射レンズ３０９
と同じ構成であり、その構造、機能についての詳細な説
明は省略する。（第６の実施形態）図９は第６の実施形態の装置を示す
投射型表示装置の基本構成図ならびに当該装置における
光線図を示している。

【０１５８】本実施形態は、色分解光学系及び色合成光
学系を省略した、モノクロの投射型表示装置である。初
めに照明光学系について説明する。本実施形態では、今
までの実施形態と異なり、照明光学系としていわゆるロ
ッドインテグレータを採用する。

【０１５９】照明光学系は、光源５０１と、ロッドイン
テグレータ５２０と、リレーレンズ５２１と、コンデン
サレンズ５０４と、フィールドレンズ５０５とから構成
される。

【０１６０】光源５０１はランプと、楕円鏡の凹面鏡か
ら構成されている。ランプは楕円鏡の当該楕円鏡に近い
第１焦点の位置に配置している。そして、ロッドインテ
グレータ５２０の入射面の位置は、前記楕円鏡の遠方の
第２焦点の位置に合致している。

【０１６１】そのため、図９に示されるように光源５０
１から射出された光はロッドインテグレータ５２０の入
射面５２０ａのほぼ中央部に集光されて入射される。ロ
ッドインテグレータ５２０の入射面５２０ａと射出面５
２０ｂとは、光軸に対して垂直に形成されている。入射
面５２０ａ及び射出面５２０ｂの断面形状は、被照明体
たる反射型ライトバルブ５０８の比例縮小形状である。
通常反射型ライトバルブ５０８は長方形形状である。そ
のためロッドインテグレータ５２０の垂直断面形状は、
反射型ライトバルブ５０８を比例縮小した長方形形状と
する。なお、インテグレータ５２０は透明光学部材例え
ば透明ガラス部材や溶融石英硝子部材にて形成される。

【０１６２】ロッドインテグレータ５２０に入射した光
は、ロッドインテグレータ５２０内部にて全反射を繰り
返し行って伝搬して射出面５２０ｂに達し、射出面５２
０ｂから射出される。ここで、射出面５２０ｂは均一面
光源を構成する。言い換えると、射出面５２０ｂから
は、ロッドインテグレータ５２０の内面反射によって入
射面５２０ａの位置に形成される複数の光源の虚像ａ、
ａ’、ａ”からの光が重畳的に出射される。

【０１６３】光源５０１からの光が集光することによ
り、ロッドインテグレータ５２０の入射面５２０ａの略
中央に光源の虚像として点光源像ａが形成される。光源
像ａから出射した光線のうち射出面５２０ｂの端部に向
かって進行する光線をＬ９、Ｌ１０として示す。また、
光源の虚像ａから射出した光線のうち一度ロッドインテ
グレータ５２０の内面にて全反射してから射出面５２０
ｂの端部に向かって進行する２光線をＬ１１、Ｌ１２と
する。

【０１６４】ロッドインテグレータ５２０が光軸方向に
もっと長い場合は内面による全反射作用は、一回以上の
場合もあるが、本実施形態では１回のみの全反射を発生
する長さにロッドインテクレータ５２０が形成されてい
るとする。

【０１６５】図９に示されるように、入射面５２０ａの
延長面上に複数の光源の虚像ａ、ａ’、ａ”があると考
えることができる。虚像ａを出射した光線としてＬ９、
Ｌ１０を考えることができる。虚像ａ’を出射した光線
としてＬ９’、Ｌ１２を考えることができる。Ｌ９’
は、Ｌ９がロッドインテグレータ５２０端部で反射した
光線を示す。虚像ａ”を出射した光線としてＬ１０’、
Ｌ１１を考えることができる。Ｌ１０’は、Ｌ１０がロ
ッドインテグレータ５２０端部で反射した光線を示す。

【０１６６】図９より明らかなように、複数の光源の虚
像ａ、ａ’、ａ”からの光が射出面５２０ｂから重畳的
に出射される。そのため、射出面５２０ｂに、均一な面
光源が形成されると言える。

【０１６７】尚、ロッドインテグレータ５２０が光軸方
向に長ければ長いほど、全反射の回数が増えるので複数
の光源の虚像は多くなる。リレーレンズ５２１は、ロッ
ドインテグレータ５２０の射出面５２０ｂから出射した
光に基づいて、2次光源像ｂ、ｂ’、ｂ”を形成する。2
次光源像ｂは虚像ａが結像した像である。2次光源像
ｂ’は虚像ａ’が結像した像である。2次光源像ｂ”は
虚像ａ”が結像した像である。

【０１６８】本実施形態の2次光源像ｂ、ｂ’、ｂ”
は、図１に示される第１の実施形態の第２レンズ板２０
３の複数のレンズ２０３ａのそれぞれに形成される２次
光源像に対応する。2次光源像ｂの位置は開口絞り５０
９ｃの中央部と共役な位置である。この共役関係は、コ
ンデンサレンズ５０４、フィールドレンズ５０５、前群
レンズ５０９ａによって実現されており、主にフィール
ドレンズ５０５、前群レンズ５０９ａによって実現され
ている。よって、2次光源像ｂから出射される光線Ｌ
９，Ｌ１０は主光線である。

【０１６９】コンデンサレンズ５０４は、2次光源像
ｂ、ｂ’、ｂ”の近傍に配置されている。コンデンサレ
ンズ５０４は、２次光源像ｂ、ｂ’、ｂ”のそれぞれか
ら出射された光を反射型ライトバルブ５０８の全面に重
畳照明させる。コンデンサレンズ５０４の機能は、第１
の実施形態のコンデンサレンズ２０４と機能が同じであ
るので、その詳細な説明は省略する。

【０１７０】フィールドレンズ５０５は２次光源像ｂか
ら出射した光束（Ｌ９、Ｌ１０）、２次光源像ｂ’から
出射した光束（Ｌ９’Ｌ１２）、２次光源像ｂ”から出
射した光束（Ｌ１０’、Ｌ１１）をそれぞれ平行光束に
変換する。

【０１７１】フィールドレンズ５０５を出射した光は、
偏光ビームスプリッタ５０６の偏光分離部５０６ｐによ
りＰ偏光とＳ偏光とに偏光分離される。Ｓ偏光は、偏光
分離部５０６ｐを反射して反射型ライトバルブ５０８へ
出射される。反射型ライトバルブ５０８を出射した光は
偏光分離部５０６ｐにより検光されて、投射レンズ５０
９へ出射される。

【０１７２】尚、反射型ライトバルブ５０８、投射レン
ズ５０９（前群レンズ５０９ａ，後群レンズ５０９ｂ，
開口絞り５０９ｃ）、スクリーン５１７は、第１の実施
形態の反射型ライトバルブ２０８、投射レンズ２０９
（前群レンズ２０９ａ，後群レンズ２０９ｂ，開口絞り
２０９ｃ）、スクリーン２１０と機能及び構成が同じで
あるので、説明を省略する。

【０１７３】上述の構成により、フィールドレンズ５０
５から前群レンズ５０９ａに至る光路において、２次光
源像ｂ、ｂ’、ｂ”から出射される光束は平行光束とな
る。当然主光線Ｌ９，Ｌ１０も、フィールドレンズ５０
５から前群レンズ５０９ａに至る光路において、平行光
束となる。よって、当該光路中に配置される偏光ビーム
スプリッタ５０６の偏光分離部５０６ｐ、反射型ライト
バルブ５０８の変調層のそれぞれに対しての主光線の入
射角度は一定となる。

【０１７４】主光線はその明るさにおいて、投射画像に
最も大きな影響を有する。そのため、本実施形態の装置
は、偏光分離部５０６ｐ、反射型ライトバルブ５０８の
変調層が、入射角度によって異なる特性を有しているに
も拘わらず、特性変化を最小限にすることができた。そ
のため、本実施形態の装置は、従来の装置と比較して、
投射像におけるコントラストの劣化、およびに発生する
ムラの低減を実現した。

【０１７５】更に、フィールドレンズ５０５の焦点距離
をｆ１、コンデンサレンズ５０４の焦点距離をｆ２（ｆ
２＞ｆ１）とすると、フィールドレンズ５０５の主点と
反射型ライトバルブ５０８の反射面との距離は、空気換
算長で（ｆ１（ｆ２−ｆ１））／ｆ２である。

【０１７６】尚、第６実施形態の照明装置（光源５０
１、ロッドインテグレータ５２０、リレーレンズ５２
１）を第１実施形態の照明装置（光源２０１、フライア
イインテグレータ２０２，２０３）の代わりに用いても
良い。その場合、第６実施形態の照明装置の２次光源像
ｂ，ｂ’，ｂ”，が生成される面が、第１実施形態の第
２レンズ板２０３の２次光源像が生成される面に一致す
るように、照明装置（光源５０１、ロッドインテグレー
タ５２０、リレーレンズ５２１）を配置すれば良い。

【０１７７】また、第６実施形態の照明装置（光源５０
１、ロッドインテグレータ５２０、リレーレンズ５２
１）を第２実施形態の照明装置（光源１０１、フライア
イインテグレータ１０２，１０３）の代わりに用いても
良い。その場合、第６実施形態の照明装置の２次光源像
ｂ，ｂ’，ｂ”が生成される面が、第２実施形態の第２
レンズ板１０３の２次光源像が生成される面に一致する
ように、照明装置（光源５０１、ロッドインテグレータ
５２０、リレーレンズ５２１）を配置すれば良い。

【０１７８】また、第６実施形態の照明装置（光源５０
１、ロッドインテグレータ５２０、リレーレンズ５２
１）を第３実施形態の照明装置（光源２０１、フライア
イインテグレータ２０２，２０３’）の代わりに用いて
も良い。その場合、第６実施形態の照明装置の２次光源
像ｂ，ｂ’，ｂ”が生成される面が、第３実施形態の第
２レンズ板２０３’の２次光源像が生成される面に一致
するように、照明装置（光源５０１、ロッドインテグレ
ータ５２０、リレーレンズ５２１）を配置すれば良い。

【０１７９】また、第６実施形態の照明装置（光源５０
１、ロッドインテグレータ５２０、リレーレンズ５２
１）を第４実施形態の照明装置（光源３０１、フライア
イインテグレータ３０２，３０３）の代わりに用いても
良い。その場合、第６実施形態の照明装置の２次光源像
ｂ，ｂ’，ｂ”が生成される面が、第４実施形態の第２
レンズ板３０３の２次光源像が生成される面に一致する
ように、照明装置（光源５０１、ロッドインテグレータ
５２０、リレーレンズ５２１）を配置すれば良い。

【０１８０】また、第６実施形態の照明装置（光源５０
１、ロッドインテグレータ５２０、リレーレンズ５２
１）を第５実施形態の照明装置（光源４０１、フライア
イインテグレータ４０２，４０３）の代わりに用いても
良い。その場合、第６実施形態の照明装置の２次光源像
ｂ，ｂ’，ｂ”が生成される面が、第５実施形態の第２
レンズ板４０３の２次光源像が生成される面に一致する
ように、照明装置（光源５０１、ロッドインテグレータ
５２０、リレーレンズ５２１）を配置すれば良い。（第７の実施の形態）図１０は第７の実施の形態の装置
を示す投射型表示装置の基本構成図ならびに当該装置に
おける光線図を示している。

【０１８１】本実施形態は、色分解光学系及び色合成光
学系を省略した、モノクロの投射型表示装置である。本
実施形態と第６の実施の形態との違いは、本実施形態の
レンズ６０４がコンデンサレンズの機能とフィールドレ
ンズの機能とを兼用していることである。それ以外の構
成は第６の実施形態とほぼ同じ構成であるので、適宜説
明を省略する。

【０１８２】本実施形態の装置では、レンズ６０４がコ
ンデンサレンズならびにフィールドレンズのそれぞれの
機能を併せ持つことにより、テレセントリック性が確保
される。

【０１８３】光源６０１と、ロッドインテグレータ６２
０と、リレーレンズ６２１は、第６の実施形態の光源５
０１と、ロッドインテグレータ５２０と、リレーレンズ
５２１と機能及び構成が同じであるので説明を省略す
る。

【０１８４】レンズ６０４は図１０から理解できるよう
に、コンデンサレンズの機能とフィールドレンズの機能
とを兼用している。コンデンサレンズの機能は２つあ
る。1つ目のコンデンサレンズの機能は、2次光源像ｂ、
ｂ’、ｂ”から出射される照明光束を集光させる機能で
ある。2つ目のコンデンサレンズの機能は、2次光源像
ｂ、ｂ’、ｂ”のそれぞれから出射された光束あるいは
ロッドインテグレータ６２０の射出面６２０ｂに生成さ
れた均一面光源光束を、被照明体である反射型ライトバ
ルブ６０８に重畳させて照射する機能である。

【０１８５】フィールドレンズの機能とは、2次光源像
ｂから出射した光束（Ｌ１３，Ｌ１４）、2次光源像
ｂ’から出射した光束（Ｌ１３’、Ｌ１６）、2次光源
像ｂ”から出射した光束（Ｌ１４’、Ｌ１５）をそれぞ
れ平行光束に変換する機能である。

【０１８６】ところで、2次光源像ｂは、投射レンズ６
０９中の開口絞り６０９ｃの中央部と共役な位置にあ
る。この共役関係は、レンズ６０４、前群レンズ６０９
ａによって実現される。従って上記の光線Ｌ１３，Ｌ１
４は、開口絞り６０９ｃによって定義される主光線に一
致する。よって、レンズ６０４は、レンズ６０４から反
射型ライトバルブ６０８を介して前群レンズ６０９ａに
至る光路において、主光線が光軸に平行になることを担
保する機能があるといえる。

【０１８７】また、本実施形態の2次光源像ｂ、ｂ’、
ｂ”は、図１に示される第１の実施形態の第２レンズ板
２０３の複数のレンズ２０３ａのそれぞれに形成される
２次光源像に対応する。

【０１８８】偏光ビームスプリッタ６０６、反射型ライ
トバルブ６０８、投射レンズ６０９（前群レンズ６０９
ａ，後群レンズ６０９ｂ，開口絞り６０９ｃ）、スクリ
ーン６１７は、第５の実施形態の偏光ビームスプリッタ
５０６、反射型ライトバルブ５０８、投射レンズ５０９
（前群レンズ５０９ａ，後群レンズ５０９ｂ，開口絞り
５０９ｃ）、スクリーン５１７と機能及び構成が同じで
あるので説明を省略する。

【０１８９】尚、第１乃至第７の実施形態において、フ
ィールドレンズの中心を出射した光が光軸と平行となる
例で説明したが、この場合に限られない。フィールドレ
ンズの中心を出射した平行光束のそれぞれが、偏光ビー
ムスプリッタの偏光分離部や反射型ライトバルブの変調
層に同じ角度で入射すれば良い。

【０１９０】尚、第１乃至第７実施形態において、フィ
ールドレンズやフィールドレンズの機能を有するレンズ
は、２次光源像から出射した光束を平行光束に変換す
る。この平行光束の許容度はは、主光線において角度が
±１°の範囲に収まっていればよい。

【０１９１】

【発明の効果】以上、説明したように請求項１、１５、
２２、３３の発明は、従来の装置と比較して、投射像の
コントラストの向上させ、ムラを低減した投射型表示装
置を提供することが出来る。

【０１９２】また、請求項９、２８の発明は、従来の装
置と比較して設計の自由度の高く小型の装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による投射型表示装置
の構成と光線図。

【図２】本発明の第１の実施形態による投射型表示装置
における主光線と開口数を説明する光線図。

【図３】本発明の第２の実施形態による投射型表示装置
の構成と光線図。

【図４】本発明の第２の実施形態による投射型表示装置
における主光線と開口数を説明する光線図。

【図５】本発明の第３の実施形態による投射型表示装置
の構成と光線図。

【図６】本発明の第３の実施形態による投射型表示装置
における主光線と開口数を説明する光線図。

【図７】本発明の第４の実施形態による投射型表示装置
の構成と光線図。

【図８】本発明の第５の実施形態による投射型表示装置
の構成と光線図。

【図９】本発明の第６の実施形態による投射型表示装置
の構成と光線図。

【図１０】本発明の第７の実施形態による投射型表示装
置の構成と光線図。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１：光
源１０２、２０２、３０２、４０２：第１レンズ板１０３、２０３、２０３’、３０３、４０３：第２レン
ズ板１０４、４０４、６０４：コンデンサレンズとフィール
ドレンズの機能を有するレンズ２０４、３０４、５０４：コンデンサレンズ２０５、３０５、５０５：フィールドレンズ１０６、２０６、３０６、３１２、３１３、３１４、４
０６、４１２、４１３、４１４、５０６、６０６：偏光
ビームスプリッタ１０６p、２０６p、３０６p、３１２p、３１３p、３１
４p、４０６p、４１２p、４１３p、４１４p、５０６
ｐ、６０６p：偏光分離部１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃ、２０７Ａ、２０７Ｂ、
２０７Ｃ：プリズム１０８Ｒ、２０８Ｒ、３０８Ｒ、４０８Ｒ：反射型ライ
トバルブ（Ｒ光用）１０８Ｇ、２０８Ｇ、３０８Ｇ、４０８Ｇ：反射型ライ
トバルブ（Ｇ光用）１０８Ｂ、２０８Ｂ、３０８Ｂ、４０８Ｂ：反射型ライ
トバルブ（Ｂ光用）５０８、６０８：反射型ライトバルブ１０９、２０９、３０９、４０９、５０９、６０９：投
射レンズ１０９ａ、２０９ａ、３０９ａ、４０９ａ、５０９ａ、
６０９ａ：前群レンズ１０９ｂ、２０９ｂ、３０９ｂ、４０９ｂ、５０９ｂ、
６０９ｂ：後群レンズ１０９ｃ、２０９ｃ、３０９ｃ、４０９ｃ、５０９ｃ、
６０９ｃ：開口絞り３１０、４１０：偏光変換装置３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃ、４１１Ａ、４１１Ｂ、
４１１Ｃ：波長選択性位相板１１０、２１０、３１７、４１７、５１７、６１７：ス
クリーン３１５、４１５：１／２波長板５２０、６２０：ロッドインテグレータ５２０ａ、６２０ａ：入射面５２０ｂ、６２０ｂ：射出面５２１、６２１：リレーレンズＬ１〜Ｌ１０、Ｌ１３、Ｌ１４：主光線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１５、Ｌ１６、Ｍ１〜Ｍ４：光線ＮＡ：開口数ａ、ａ’、ａ”：光源の虚像ｂ、ｂ’、ｂ”：２次光源像

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｂ 21/14 Ｇ０３Ｂ 21/14 Ｄ 33/12 33/12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源の発する光から複数の２次光源像を所
定面上に生成する２次光源像生成光学系と、前記複数の２次光源像から出射した光の第１偏光成分を
偏光分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系から出射した第１偏光成分を複数の
色に分解して出射する色分解光学系と、前記色分解光学系から出射された各色光毎に配置され、
前記第１偏光成分を像情報に基づいて第２偏光成分に変
調する複数の反射型ライトバルブと、前記複数の反射型ライトバルブからそれぞれ出射した変
調光を色合成して出射する色合成光学系と、前記色合成光学系を出射した光から前記第２偏光成分を
検光する検光光学系と、前記複数の２次光源像を出射した光束を集光させ、かつ
前記複数の２次光源像のそれぞれから出射した光束を前
記複数の反射型ライトバルブのそれぞれの全面に重畳さ
せるコンデンサレンズと、前記複数の２次光源像と前記複数の反射型ライトバルブ
との間に配置され、前記複数の２次光源像の所定点から
出射した光束を平行光束に変換するフィールドレンズと
を有し、前記偏光分離光学系と前記複数の反射型ライトバルブと
前記検光光学系とは、前記フィールドレンズにより変換
された前記平行光束中に配置されていることを特徴とす
る投射型表示装置。
【請求項２】請求項１記載の投射型表示装置であって、前記複数の反射型ライトバルブの像を投射する投射光学
系と、前記複数の反射型ライトバルブから出射される反射光の
開口数を決定する開口絞りとを更に有し、前記投射光学系のうちの前記複数の反射型ライトバルブ
側のレンズと、前記フィールドレンズとにより、前記所
定点と前記開口絞りの中央部とが共役な関係となること
を特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】請求項１記載の投射型表示装置であって、前記複数の反射型ライトバルブの像を投射する投射光学
系と、前記複数の反射型ライトバルブから出射される反射光の
開口数を決定する開口絞りとを更に有し、前記開口絞りにより定義される主光線は、前記複数の２
次光源像の所定点から出射した光束が前記フィールドレ
ンズによって平行光束となる位置において、前記複数の
反射型ライトバルブの中心を垂直に伸びる光軸に対して
平行であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】請求項１記載の投射型表示装置であって、前記複数の反射型ライトバルブは、前記フィールドレン
ズから空気換算長で略（ｆ１（ｆ２−ｆ１））／ｆ２の
光路長（ただし、ｆ１は前記フィールドレンズの焦点距
離、ｆ２はコンデンサレンズの焦点距離）の位置に配置
されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】請求項１記載の投射型表示装置であって、前記２次光源生成光学系は、フライアイインテグレータ
を含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項６】請求項５記載の投射型表示装置であって、前記フライアイインテグレータは、複数の第１レンズ成分を平面的に配列した第１レンズ板
と、前記第1レンズ板に相対して設けられ、前記複数の第１
レンズ成分の焦点位置にそれぞれ配置された複数の第２
レンズ成分を有し、前記複数の第２レンズ成分に前記複
数の2次光源像が生成される第２のレンズ板とを含み、前記第２レンズ板は前記コンデンサレンズの機能を兼用
することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項７】請求項１記載の投射型表示装置であって、前記２次光源生成光学系は、ロッドインテグレータとリ
レーレンズとを含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項８】請求項１記載の投射型表示装置であって、前記フィールドレンズの機能と前記コンデンサレンズの
機能とは、１つの兼用光学系により兼用されることを特
徴とする投射型表示装置。
【請求項９】光源の発する光から複数の２次光源像を所
定面上に生成する２次光源像生成光学系と、像情報に基づいて、前記複数の２次光源像から出射した
光を変調して射出するライトバルブと、前記複数の２次光源像と前記ライトバルブとの間に配置
され、前記複数の２次光源像から出射した光束を集光さ
せ、かつ前記複数の２次光源像のそれぞれから出射した
光束を前記ライトバルブ全面に重畳させるコンデンサレ
ンズの機能と、前記複数の２次光源像の所定点から出射
した光束を平行光束に変換するフィールドレンズの機能
とを兼用する兼用光学系とを有することを特徴とする投
射型表示装置。
【請求項１０】請求項９記載の投射型表示装置であっ
て、前記ライトバルブの像を投射する投射光学系と、前記ライトバルブから出射される光の開口数を決定する
開口絞りとを更に有し、前記投射光学系のうちの前記ライトバルブ側のレンズ
と、前記兼用光学系とにより、前記所定点と前記開口絞
りの中央部とが共役な関係となることを特徴とする投射
型表示装置。
【請求項１１】請求項９記載の投射型表示装置であっ
て、前記ライトバルブの像を投射する投射光学系と、前記ライトバルブから出射される光の開口数を決定する
開口絞りとを更に有し、前記開口絞りにより定義される主光線は、前記複数の２
次光源像の所定点から出射した光束が前記兼用光学系に
よって平行光束となる位置において、前記ライトバルブ
の中心を垂直に伸びる光軸に対して平行であることを特
徴とする投射型表示装置。
【請求項１２】請求項９記載の投射型表示装置であっ
て、前記ライトバルブは、各色毎に１つ対応するものであ
り、第１偏光成分を像情報に基づいて第２偏光成分に変
調する複数の反射型ライトバルブであって、前記２次光源生成光学系を出射した光から前記第１偏光
成分を偏光分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系から出射した第１偏光成分を複数の
色に分解して、前記複数の反射型ライトバルブにそれぞ
れ出射する色分解光学系と、前記複数の反射型ライトバルブからそれぞれ出射した変
調光を色合成して出射する色合成光学系と、前記色合成光学系を出射した光から前記第２偏光成分を
検光する検光光学系とを更に有することを特徴とする投
射型表示装置。
【請求項１３】請求項９記載の投射型表示装置であっ
て、前記２次光源生成光学系は、フライアイインテグレータ
を含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１４】請求項９記載の投射型表示装置であっ
て、前記２次光源生成光学系は、ロッドインテグレータとリ
レーレンズとを含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１５】光源の発する光から複数の２次光源像を
所定面上に生成する２次光源像生成光学系と、前記複数の２次光源像から出射した光を偏光分離する偏
光分離光学系と、前記偏光分離光学系から出射した光を、第１色光と、第
２色及び第３色の混合光とに分解して出射する第１色分
解光学系と、前記第２色及び第３色の混合光から、第２色光と第３色
光とに分解して出射する第２色分解光学系と、前記第１色分解光学系から出射した前記第１色光を、像
情報に応じて変調する第１反射型ライトバルブと、前記第２色分解光学系から出射した前記第２色光を、像
情報に応じて変調する第２反射型ライトバルブと、前記第２色分解光学系から出射した前記第３色光を、像
情報に応じて変調する第３反射型ライトバルブと、前記第１反射型ライトバルブから出射した光を検光して
出射する検光光学系と、前記第２反射型ライトバルブと前記第３反射型ライトバ
ルブとから出射した光を検光及び色合成して出射する第
１色合成光学系と、前記検光光学系と、前記第１色合成光学系から出射した
光とを色合成して出射する第２色合成光学系とを有する
投射型表示装置であって、前記第２色分解光学系は、前記第２色光と前記第３色光
との一方のみを偏光変換して出射する波長依存偏光変換
装置と、前記波長依存偏光変換装置から出射した光を偏
光分離する偏光ビームスプリッタとを含み、前記第１色合成光学系は前記第２色分解光学系と兼用さ
れる前記偏光ビームスプリッタを含み、前記複数の２次光源像から出射した光束を集光させ、か
つ前記複数の２次光源像のそれぞれから出射した光束を
前記第１乃至第３反射型ライトバルブのそれぞれの全面
に重畳させるコンデンサレンズと、前記複数の２次光源像と前記第１乃至第３反射型ライト
バルブとの間に配置され、前記複数の２次光源像の所定
点から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレ
ンズとを更に有し、前記検光光学系と、前記第１乃至第３反射型ライトバル
ブと、前記第１色合成光学系と、前記第２色合成光学系
とは、前記フィールドレンズによって変換された前記平
行光束中に配置されていることを特徴とする投射型表示
装置。
【請求項１６】請求項１５記載の投射型表示装置であっ
て、前記第１乃至第３反射型ライトバルブの像を投射する投
射光学系と、前記第１乃至第３反射型ライトバルブから出射される反
射光の開口数を決定する開口絞りとを更に有し、前記投射光学系のうちの前記第１乃至第３反射型ライト
バルブ側のレンズと、前記フィールドレンズとにより、
前記所定点と前記開口絞りの中央部とが共役な関係とな
ることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１７】請求項１５記載の投射型表示装置であっ
て、前記第１乃至第３反射型ライトバルブの像を投射する投
射光学系と、前記第１乃至第３反射型ライトバルブから出射される反
射光の開口数を決定する開口絞りとを更に有し、前記開口絞りにより定義される主光線は、前記複数の２
次光源像の所定点から出射した光束が前記フィールドレ
ンズによって平行光束となる位置において、前記第１乃
至第３反射型ライトバルブの中心を垂直に伸びる光軸に
対して平行であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１８】請求項１５記載の投射型表示装置であっ
て、前記第１乃至第３反射型ライトバルブは、前記フィール
ドレンズから空気換算長で略（ｆ１（ｆ２−ｆ１））／
ｆ２の光路長（ただし、ｆ１は前記フィールドレンズの
焦点距離、ｆ２はコンデンサレンズの焦点距離）の位置
に配置されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１９】請求項１５記載の投射型表示装置であっ
て、前記２次光源生成光学系は、フライアイインテグレータ
を含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２０】請求項１５記載の投射型表示装置であっ
て、前記２次光源生成光学系は、ロッドインテグレータとリ
レーレンズとを含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２１】請求項１５記載の投射型表示装置であっ
て、前記フィールドレンズの機能と前記コンデンサレンズの
機能とは、１つの兼用光学系により兼用されることを特
徴とする投射型表示装置。
【請求項２２】光源の発する光から複数の２次光源像を
所定面上に生成する２次光源像生成光学系と、前記複数の２次光源像から出射した光を偏光分離する偏
光分離光学系と、前記偏光分離光学系から出射した光を、第１色光と、第
２色及び第３色の混合光とに分解して出射する第１色分
解光学系と、前記第２色及び第３色の混合光から、第２色光と第３色
光とに分解して出射する第２色分解光学系と、前記第１色分解光学系から出射した前記第１色光を、像
情報に応じて変調する第１反射型ライトバルブと、前記第２色分解光学系から出射した前記第２色光を、像
情報に応じて変調する第２反射型ライトバルブと、前記第２色分解光学系から出射した前記第３色光を、像
情報に応じて変調する第３反射型ライトバルブと、前記第１反射型ライトバルブから出射した光を検光して
出射する検光光学系と、前記第２反射型ライトバルブと前記第３反射型ライトバ
ルブとから出射した光を検光及び色合成して出射する第
１色合成光学系と、前記検光光学系と、前記第１色合成光学系から出射した
光とを色合成して出射する第２色合成光学系とを有する
投射型表示装置であって、前記第２色分解光学系は、前記第２色光と前記第３色光
との一方のみを偏光変換して出射する波長依存偏光変換
装置と、前記波長依存偏光変換装置から出射された光を
偏光分離する偏光ビームスプリッタとを含み、前記第１色合成光学系は前記第２色分解光学系と兼用さ
れる前記偏光ビームスプリッタを含み、前記複数の２次光源像から出射した光束を集光させ、か
つ前記複数の２次光源像のそれぞれから出射された光束
を前記第１乃至第３反射型ライトバルブのそれぞれの全
面に重畳させるコンデンサレンズと、前記複数の２次光源像と前記第１乃至第３反射型ライト
バルブとの間に配置され、前記複数の２次光源像の所定
点から出射した光束を平行光束に変換するフィールドレ
ンズとを更に有し、前記波長依存偏光変換装置は、前記フィールドレンズに
よって変換された前記平行光束中に配置されていること
を特徴とする投射型表示装置。
【請求項２３】請求項２２記載の投射型表示装置であっ
て、前記第１乃至第３反射型ライトバルブの像を投射する投
射光学系と、前記第１乃至第３反射型ライトバルブから出射される反
射光の開口数を決定する開口絞りとを更に有し、前記投射光学系のうちの前記第１乃至第３反射型ライト
バルブ側のレンズと、前記フィールドレンズとにより、
前記所定点と前記開口絞りの中央部とが共役な関係とな
ることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２４】請求項２２記載の投射型表示装置であっ
て、前記第１乃至第３反射型ライトバルブの像を投射する投
射光学系と、前記第１乃至第３反射型ライトバルブから出射される反
射光の開口数を決定する開口絞りとを更に有し、前記開口絞りにより定義される主光線は、前記複数の２
次光源像の所定点から出射した光束が前記フィールドレ
ンズによって平行光束となる位置において、前記第１乃
至第３反射型ライトバルブの中心を垂直に伸びる光軸に
対して平行であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２５】請求項２２記載の投射型表示装置であっ
て、前記２次光源生成光学系は、フライアイインテグレータ
を含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２６】請求項２２記載の投射型表示装置であっ
て、前記２次光源生成光学系は、ロッドインテグレータとリ
レーレンズとを含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２７】請求項２２記載の投射型表示装置であっ
て、前記フィールドレンズの機能と前記コンデンサレンズの
機能とは、１つの兼用光学系により兼用されることを特
徴とする投射型表示装置。
【請求項２８】光源の発する光から複数の２次光源像を
所定面上に生成する２次光源像生成光学系と、前記複数の２次光源像からの光を偏光分離する偏光分離
光学系と、前記偏光分離光学系から出射した光を、第１色光と、第
２色及び第３色の混合光とに分解して出射する第１色分
解光学系と、前記第２色及び第３色の混合光から、第２色光と第３色
光とに分解して出射する第２色分解光学系と、前記第１色分解光学系から出射した前記第１色光を、像
情報に基づいて変調する第１反射型ライトバルブと、前記第２色分解光学系から出射した前記第２色光を、像
情報に基づいて変調する第２反射型ライトバルブと、前記第２色分解光学系から出射した前記第３色光を、像
情報に基づいて変調する第３反射型ライトバルブと、前記第１反射型ライトバルブから出射した光を検光して
出射する検光光学系と、前記第２反射型ライトバルブと前記第３反射型ライトバ
ルブとから出射した光を検光及び色合成して出射する第
１色合成光学系と、前記検光光学系と、前記第１色合成光学系から出射した
光とを色合成して出射する第２色合成光学系とを有する
投射型表示装置であって、前記第２色分解光学系は、前記第２色光と前記第３色光
との一方のみを偏光変換して出射する波長依存偏光変換
装置と、前記波長依存偏光変換装置から出射した光を偏
光分離する偏光ビームスプリッタとを含み、前記第１色合成光学系は前記第２色分解光学系と兼用さ
れる前記偏光ビームスプリッタを含み、前記複数の２次光源像と前記第１乃至第３反射型ライト
バルブとの間に配置され、前記複数の２次光源像を出射
した光束を集光させ、かつ前記複数の２次光源像のそれ
ぞれから出射された光束を前記第１乃至第３ライトバル
ブのそれぞれの全面に重畳させるコンデンサレンズの機
能と、前記複数の２次光源像の所定点から出射した光束
を平行光束に変換するフィールドレンズの機能とを有す
る兼用光学系を更に有することを特徴とする投射型表示
装置。
【請求項２９】請求項２８記載の投射型表示装置であっ
て、前記第１乃至第３反射型ライトバルブの像を投射する投
射光学系と、前記第１乃至第３反射型ライトバルブから出射される反
射光の開口数を決定する開口絞りとを更に有し、前記投射光学系のうちの前記第１乃至第３反射型ライト
バルブ側のレンズと、前記兼用光学系とにより、前記所
定点と前記開口絞りの中央部とが共役な関係となること
を特徴とする投射型表示装置。
【請求項３０】請求項２８記載の投射型表示装置であっ
て、前記第１乃至第３反射型ライトバルブの像を投射する投
射光学系と、前記第１乃至第３反射型ライトバルブから出射される反
射光の開口数を決定する開口絞りとを更に有し、前記開口絞りにより定義される主光線は、前記複数の２
次光源像の所定点から出射した光束が前記兼用光学系に
よって平行光束となる位置において、前記第１乃至第３
反射型ライトバルブの中心を垂直に伸びる光軸に対して
平行であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３１】請求項２８記載の投射型表示装置であっ
て、前記２次光源生成光学系は、フライアイインテグレータ
を含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３２】請求項２８記載の投射型表示装置であっ
て、前記２次光源生成光学系は、ロッドインテグレータとリ
レーレンズとを含むことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３３】光源の発する光の少なくとも１部分を１
つの平行光束に変換する平行光束変換光学系と、前記平行光束変換光学系の出射した光を、偏光分離及び
色分解して出射する偏光分離色分解光学系と、前記偏光分離色分解光学系から出射された各色光毎に配
置され、像情報に基づいて偏光成分を変調する複数の反
射型ライトバルブと、前記複数の反射型ライトバルブからそれぞれ出射した変
調光を、色合成及び検光して出射する色合成検光光学系
とを有し、前記偏光分離色分解光学系の偏光分離部と前記複数の反
射型ライトバルブと前記色合成検光光学系の検光部と
は、前記平行光束変換光学系により変換された平行光束
中に配置されていることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３４】請求項３３記載の投射型表示装置であっ
て、前記平行光束変換光学系は、光源の発する光から複数の２次光源像を所定面上に生成
する２次光源像生成光学系と、前記複数の２次光源像と前記複数の反射型ライトバルブ
との間に配置され、前記複数の２次光源像の所定点から
出射した光束を平行光束に変換する１つのフィールドレ
ンズとを含むことを特徴とする投射型表示装置。