JP2006085054A - 照明光学系及びそれを有する投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被投射画面において均一な明るさを維持した状態で色むらやコントラストの改善など更なる高画質化を図ることができる照明光学系及びそれを有する投射型画像表示装置を提供する。
【解決手段】 光源部からの光を受光し、光軸と略直交する第１方向に配列された複数の第１レンズ素子を有する第１インテグレータと、前記第１方向と平行な方向に、前記第１レンズ素子に対応して配列され、前記第１インテグレータによって分割集光された個々の光束を取り込む複数の第２レンズ素子を有する第２インテグレータと、前記第２インテグレータを通過した光を集光する集光手段とを有し、被照明面を照明する照明光学系であって、前記集光手段によって集光された光束の一部を遮光する遮光板が配置されていることを特徴とする照明光学系を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般には、画像表示素子を用いた液晶プロジェクタ等の投射型画像表示装置に係り、特に、画像表示素子を照明する照明光学系及びそれを有する投射型画像表示装置に関する。

近年の液晶プロジェクタなどの投射型画像表示装置の普及により、投射型画像表示装置は高画質が益々要請されている。最近の偏光型の液晶プロジェクタは、照明光学系からの照明光を反射型液晶表示素子（又は反射型液晶パネル）で画像変調し、変調後の光を偏光ビームスプリッター（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ（以下、「ＰＢＳ」と呼ぶ。））で検光して投射光学系に導光している（例えば、特許文献１を参照のこと）。かかる投射型画像表示装置はスクリーンに投射された画像が全体に渡って均一に近い明るさを有していることが重要である。

そこで、特許文献１は、照明光学系に２次元的（又はマトリックス状）にレンズ素子が配置された一対のハエの目レンズをランプの後段に配置した、いわゆるダブルインテグレータ構成を採用している。かかるダブルインテグレータ構成により、光源からの照明光の照度分布を２次元的に略均一にし、均一な照度分布で後段の反射型液晶表示素子を照明することができる。

その他の従来技術としては、特許文献２がある。
特開２００４−１２８６４号公報 特開平６−７５２００号公報

近年の高画質化の要請から色むらやコントラストを更に改善するために、本発明者は、特許文献２のように、２次元インテグレータではなく１次元インテグレータを使用することを検討した。かかる構成により、光線束の一断面方向の角度分布を押さえるために薄膜部品に起因する色むらを低減することができると共にコントラストを改善することができる。

しかしながら、特許文献２は、１次元インテグレータが屈折力を持たない断面はレンズセルの重畳的照明によって照度分布を均一化していないので、画像表示素子上での照度分布がランプの発光分布の劣化や異常に大きく影響される。

例えば、図１１（ａ）に示すように、光源２がリフレクタ４の焦点位置にあるランプ１がある場合、図１１（ａ）のＡ方向から見た発光分布は異常がなければ図１１（ｂ）のようになり、Ｘ軸に沿った光量分布は図１１（ｃ）のように略対称な２つの山形状となる。２つの山形状になるのは、光源２自身がリフレクタ４からの光の影となるからである。また、画像表示素子上のＸ軸に沿った面照度分布は図１１（ｄ）のようになる。

しかし、製造誤差又は経時的変化によって光源２がリフレクタ４の焦点位置からずれたり、光源２が劣化したりすると、図１１（ｂ）乃至（ｄ）に示す状態から図１２（ａ）乃至（ｃ）に示す状態に変化することになる。ここで、図１２（ａ）は、光源２がリフレクタ４の焦点位置から光軸に垂直な面マイナス側にずれた場合の発光分布であり、図１２（ｂ）はその場合のＸ軸に沿った光量分布であり、図１２（ｃ）は画像表示素子上のＸ軸に沿った面照度分布である。この結果、図１２（ｃ）に示すように、画像表示素子上及び被投射画面には照度ムラが発生してしまう。

そこで、本発明は、被投射画面において均一な明るさを維持した状態で色むらやコントラストの改善など更なる高画質化を図ることができる照明光学系及びそれを有する投射型画像表示装置を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての照明光学系は、光源部からの光を受光し、光軸と略直交する第１方向に配列された複数の第１レンズ素子を有する第１インテグレータと、前記第１方向と平行な方向に、前記第１レンズ素子に対応して配列され、前記第１インテグレータによって分割集光された個々の光束を取り込む複数の第２レンズ素子を有する第２インテグレータと、前記第２インテグレータを通過した光を集光する集光手段とを有し、被照明面を照明する照明光学系であって、前記集光手段によって集光された光束の一部を遮光する遮光板が配置されていることを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、被投射画面において均一な明るさを維持した状態で更なる高画質化を図ることができる照明光学系及びそれを有する投射型画像表示装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例である照明光学系１０について説明する。ここで、図１は、照明光学系１０の単純化された光路図である。より詳細には、図１（ａ）は後述するインテグレータ１２及び１４がパワーを有するｙｚ断面を示しており、図１（ｂ）は、インテグレータ１２及び１４がパワーを有しないｘｚ断面を示している。ｘ軸は左右、ｙ軸は上下、ｚ軸は光軸方向を表し、ｘｙの原点は光軸である。

照明光学系１０は、図1に示すように、ランプ１（光源２及びリフレクタ４）からの光を受光して被照明面としての画像表示素子４０を照明する光学系であり、第１インテグレータ１２、第２インテグレータ１４、第１の光束圧縮レンズ１６、遮光板（又は絞り）２０、コンデンサーレンズ３０、第２の光束圧縮レンズ３２を有する。ランプ1自体は照明光学系１０の一部であってもよいし、一部でなくてもよい。

ｙｚ断面では光源２から射出された白色光は、リフレクタ４で反射し、第１インテグレータ１２、第２インテグレータ１４を通過する。その後、遮光板２０、コンデンサーレンズ３０を介して、画像表示素子４０に入射する。ｙｚ断面では、第１の光束圧縮レンズ１６と第２の光束圧縮レンズ３２は屈折力は持っておらず、単なるガラスブロックと扱うことができる。第１インテグレータ１２は光源２からの光束に基づいて第２インテグレータ１４の近傍に複数の光源像を形成する。一方、第１インテグレータ１２の各レンズセルは、第２インテグレータ１４とコンデンサーレンズ３０の作用で、被照明面である画像表示素子４０と共役であり、各レンズセルはコンデンサーレンズ３０によって重畳的に被照明面に結像される。

ｘｚ断面では、光源２から射出された白色光は、リフレクタ４で反射し、第１インテグレータ１２に向かう。ｘｚ断面では第１インテグレータ１２、第２インテグレータ１４は屈折力は持っておらず、単なるガラスブロックとして扱うことができる。その後、第１の光束圧縮レンズ１６、遮光板２０、コンデンサーレンズ３０、第２の光束圧縮レンズ３２を介して、画像表示素子４０に照明光が入射する。第１の光束圧縮レンズ１６、コンデンサーレンズ３０、第２の光束圧縮レンズ３２は平行光を一定の瞳倍率で圧縮して射出する略アフォーカル系を構成するように配置されている。

遮光板２０はインテグレータ１１及び１２のレンズセルの配列方向（Ｙ方向）と直交する方向の光の集光位置近傍である第１の光束圧縮レンズ１６の焦点位置近傍に配置されている。第１の光束圧縮レンズ１６の焦点距離をｆとした時、遮光板２０は、第１の光束圧縮レンズ１６の焦点位置（第１の光束圧縮レンズ１６の主平面から第１の光束圧縮レンズ１６の焦点距離だけ離れた位置、又は第１の光束圧縮レンズ１６の光出射面から第１の光束圧縮レンズ１６の焦点距離だけ離れた位置）か、その焦点位置からの光軸方向に沿った距離が０．３ｆ以内（好ましくは０.１５ｆ以内）の位置に配置することが望ましい。図２に、遮光板２０の拡大平面図を示す。遮光板２０は、同図に示すように、開口部２２と遮光部２４とを有する。開口部２２の開口形状は、後述するように、図２に示す形状に限定されるものではない。

遮光板２０の作用を図３乃至図５を参照して詳細に説明する。遮光板２０が配置されていない系では、図１２に示すように光源２がリフレクタ４の焦点位置に対してずれると画像表示素子４０上で左右の光量差が発生するが、遮光板２０を設置することによって、図３に点線で示す状態から実線で示す状態に左右の光量差を緩和して均一化することができる。

このメカニズムを図４及び図５を参照して説明する。本実施例では、ｘ方向に重畳的な照明をしていないため、ｘ方向の照度分布はランプ１の発光分布に大きく影響される。ここで、図４（ａ）は光源２がリフレクタ４の焦点位置にある時の光路図であり、図４（ｂ）はｘ方向マイナス側にずれた時の光路図である。図４（ａ）に示す状態では、光路はｘ方向のプラス側とマイナス側が対称である。これに対して、図４（ｂ）に示す状態では、光源２がｘ方向にマイナス側にずれて光軸に対して垂直方向に放射される光Ｌを中心にして、プラス側は集光、マイナス側は発散というように非対称になる。このため、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すような光量分布となり、画像表示素子４０上の照度分布は図１２（ｃ）に示すようになる。

図５に光源２から画像表示素子４０までの光路図を示す。図５（ａ）に示す実線は、光源２がリフレクタ４の焦点位置にある場合、点線は光源２がｘ方向マイナス側にずれた場合の光路を示している。ｘ方向に関して、光源２と第１の光束圧縮レンズ１６の焦点位置が略共役な関係にあるため、第１の光束圧縮レンズ１６の焦点位置近傍の光路が光源２の位置ずれに合わせ片寄りができ、その大きく片寄った光が画像表示素子４０マイナス側の光量アップに寄与している。そのため、図５（ｂ）に示すように、ｘ方向で光路を遮光する遮光板２０を設置すると、画像表示素子４０上で光量の高い側の光を遮断することができ、左右の光量を均一化することができる。

本実施例は、遮光部２４を光軸から離れた位置に配置し、ｙ方向にのみ重畳的な照明を行っている。即ち、図６（ａ）に示すように、ランプ１の発光分布を上下方向に並ぶ複数個の領域に分割し、それぞれを画像表示素子４０上に重ね合わせることにより、略均一な照明を行えるようにしている。ランプ１の発光領域を約４０ｍｍ×４０ｍｍ、第２インテグレータ１４が上下方向に４．５ｍｍピッチで配列された９個のレンズで構成されているとすると、図６（ｂ）に示すように、遮光部２４は光軸から約９ｍｍの距離ｂだけ離れた位置を中心に４．５ｍｍの幅ａの遮光とすることが好ましい。これは、図６（ａ）に示す部分６が画像表示素子４０上で図６（ｃ）に示す位置４２近辺の画面上で明るさの極大値となる位置近傍の照明に大きく寄与しており、その部分の光を遮光することにより照度の大きな変化を無くしているからである。ここで、部分６は、光軸からＹ方向に±約９ｍｍの位置近傍である。また、位置４２は、投射される画像の横幅の約１/６の長さ分だけ端から中央に寄った位置、逆に言うと、投射される画像の中心から画像の横方向の幅の約１/３だけ左右方向にずれた位置である。画面中心から端に向かって光量が単調に増加するものは人間の目にとってはあまり違和感を感じないが、図３に示すように途中に光量の変曲点（又は極大値又は極小値）があるようなものは変曲点付近の傾きが大きいほど違和感となり、画質の劣化として認識する。そのため、図６（ｃ）に示す位置４２近傍の光量の変化を抑えることが好ましい。

遮光部２４の高さや幅はこれに限られたものではない。第２インテグレータ１４の上下の分割数、ピッチ、第１の光束圧縮レンズ１６から第２の光束圧縮レンズ３２の瞳の圧縮率等によって最適な遮光を設ければよい。例えば第２インテグレータ１４のピッチが細かい時には、それに合わせ遮光部の幅を小さくするなどの手段が考えられる。また、遮光部２４は第２インテグレータ１４の上下各１個ずつに対応するものではなく、図７に示す遮光板２０Ａの遮光部２４Ａように各２個ずつに対応し、左右の光量差を緩和するエリアを増やしても構わない。ここで、図７は、遮光板２０の変形例としての遮光板２０Ａの概略平面図である。遮光板２０Ａは、遮光板２０と同様に、開口部２２Ａと遮光部２４Ａとを有する。

ここで、図６（ｂ）又は図７に示したように、本実施例においては互いに異なる複数種の開口領域（開口部）を有する遮光板を用いることが可能である。その複数の遮光板の開口領域に関する共通点について以下に述べる。

インテグレートする方向（図中のＹ方向）を第１方向、第１方向及び光軸（照明光学系の光軸、及び／又はリフレクターの光軸）の両者に対して垂直な方向（図中にＸ方向）を第２方向とするとき、開口領域の前記第２方向の幅は、光軸位置から第１方向にそって遠ざかるに従って（図の＋Ｙ方向に進むに従って、又は−Ｙ方向に進むに従って）、減少及び増加している。より詳細には、光軸位置から±Ｙ方向に９ｍｍ移動した位置における第２方向の幅は、光軸位置における第２方向の幅に比べて減少しており、その後増加している構成とする。

さらに、この開口領域は、開口領域の、光軸位置における第２方向の幅をＷaxis、光軸から第１方向に沿って所定距離Ｌ離れた位置における第２方向の幅をＷ１Ｌ、光軸から第１方向に沿って所定距離２×Ｌ（３／２×Ｌ）離れた位置における第２方向の幅をＷ２Ｌとするとき、Ｗaxis＞Ｗ１Ｌ＜Ｗ２Ｌという関係を満たすＬ１が存在するような構成とすることが望ましい。ここで、Ｌ１は、図６（ｂ）、図７において９ｍｍとしている。勿論９ｍｍ以外の値であっても構わない。また、図６（ｂ）、図７においては、＋Ｙ方向、−Ｙ方向の両方向において、上記の式が成り立っているが、＋Ｙ方向、−Ｙ方向のいずれかの方向にしか成り立たないような構成であっても構わない。

また、開口領域の、光軸位置における第１方向の幅をＷ１、光軸位置における第２方向の幅をＷ２とするとき、Ｗ１＞Ｗ２であることが望ましい。

また、本実施例では、図６（ｂ）や図７のように、ほぼ複数の直線のみで開口領域を囲っているが、勿論曲線のみで囲っても構わないし、直線と曲線を織り交ぜて囲っても構わない。

また、照明光学系１０は、図８に示すように投射レンズ５０を組み合わせて、投射型表示装置の一部として使用することができる。ここで、図８（ａ）は、投射型表示装置のＹＺ断面を示す単純化された光路図であり、図８（ｂ）は、投射型表示装置のＸＺ断面を示す単純化された光路図である。図８においては、画像表示素子は１枚であるがこの限りではなく、色分解・合成素子を配置して、図１０を参照して後述されるように、複数枚の画像表示素子を使用してもよい。

図８に示す実施例では、投射型表示装置は、制御部６０、検出部６２、駆動部６４、アラーム６６を有し、遮光板２０を光路に対して着脱可能に構成している。検出部６２は、画像表示素子４０上の照度分布を検出するが、ランプ１の発光状態又は光量分布を検出してもよい。図１１に示す状態ではランプ１は正常に動作しているので必ずしも遮光板２０を挿入する必要がないため、本実施例では、ランプ１の異常を検出部６２が検出した場合にのみ制御部６０が、検出部６２による検出結果に基づいて、遮光板２０の光路に装着するように駆動部６４を駆動制御する構成としている。

検出部６２は、図１２（ｂ）又は（ｃ）においてどちらの山が異常又は劣化しているのかを検出することができる。このため、別の実施例では、複数の種類の遮光板２０を図示しないターレットなどに用意しておき、制御部６０は、検出部６２による検出結果に基づいて複数の種類の遮光板２０のいずれかを光路に装着するように駆動部６４を制御することができる。このような複数の種類の遮光板２０の例を、図９（ａ）乃至図９（ｄ）に示す。

図９（ｄ）は、図１２（ｂ）に示すように、左側の山部が異常又は劣化した状態を補正するのに必要な開口部２２Ｅと遮光部２４Ｅとを有する遮光板２０Ｅを示している。図９（ｃ）は、右側の山部が異常又は劣化した状態を補正するのに必要な開口部２２Ｄと遮光部２４Ｄとを有する遮光板２０Ｄを示している。図９（ｃ）、（ｄ）のように遮光部２４は、レンズセルの配列方向に直交する方向に対称に配置されていなくてもよい。また、図３に示す点線から実線に補正する効果は減少するが、上下方向どちらかのみ遮光部がある形状でも構わない例えば、図９（ａ）や（ｂ）に示す形状である。この場合、図３に示す点線から実線に補正する効果は半分となり、補正後の線は点線と実線の間になる。

制御部６０は、ランプ１の劣化又は異常が大きければ遮光板２０による補正を行わずにオペレータにランプ１を交換すべき旨の通知をアラーム６６を介して行ってもよい。この場合、制御部６０には図示しないメモリが接続され、メモリは交換すべき条件を格納し、制御部６０は検出部６２による検出結果とメモリ内の情報から遮光板２０による補正を行うか、アラーム６６を利用するかを決定することになる。

検出部６２は、画像表示素子４０上の照度分布の検出に限らず、投射レンズ５０を通過した全面白色の投影画像（非図示）を検出しても構わない。

照明光学系１０によれば、非対称な光源２の偏芯等で発生する照度ムラを緩和することが可能である。

以下、図１０を参照して、本発明の一実施例の投射型画像表示装置としての液晶プロジェクタ１００について説明する。ここで、図１０は、液晶プロジェクタ１００の概略ブロック図である。液晶プロジェクタ１００は、図１０に示すように、偏光光源部１０２と、ダイクロイックミラー１０４と、光生成部１１０と、光生成部１３０と、光合成プリズム１５０と、投射光学系１６０とを有する。

偏光光源部１０２は、図１等に記載した照明光学系が入るが、図１０では省略した。ここで、偏光光源部１０２は、所定の偏光状態の照明光をダイクロイックミラー１０４に導光する機能を有し、光源側から投射光学系１６０に向かって光路に沿って、連続スペクトルで白色光を発光する光源と光を所定の方向に反射するリフレクタを含むランプと、光軸と垂直な所定の方向に複数の第１レンズ（好ましくはシリンドリカルレンズ）を配置した第１レンズアレイと、複数の第１レンズに対応して、所定方向に複数の第２レンズを配置した第２レンズアレイと、無偏光光を所定の偏光光に揃える偏光変換素子（偏光変換素子を所定方向に沿って複数配置した偏光変換素子アレイ）と、コンデンサーレンズと、折り曲げミラーと、フィールドレンズとを有する。

ダイクロイックミラー１０４は、可視光の特定波長域のみを反射し、他は透過する色分解用ミラーであり、本実施例では、赤色（Ｒ）及び青色（Ｂ）の波長領域の光を反射し、緑色（Ｇ）の波長領域の光を透過する。

光生成部１１０は、所定の偏光状態のＲＢ光を光合成プリズム１５０に導光し、色選択性位相差板１１２ａ及び１１２ｂと、反射型液晶表示素子１１４ａ及び１１４ｂと、１／４波長板１１６ａ及び１１６ｂと、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）１２０とを有する。

色選択性位相差板１１２及び１１２ｂａは、Ｂ光の偏光方向を９０度変換し、Ｒ光の偏光方向は変換しない。反射型液晶表示素子１１４ａは、入射するＲ光を画像変調してＲ用画像を反射する。反射型液晶表示素子１１４ｂは、入射するＢ光を画像変調してＢ用画像を反射する。１／４波長板１１６ａ及び１１６ｂは、直線偏光を楕円偏光（円偏光も含む）に、楕円偏光を直線偏光に変化させ、１／４波長板１１６ａはＲ光用に設けられ、１／４波長板１１６ｂはＢ光用に設けられる。

ＰＢＳ１２０は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。ＰＢＳ１２０は、ＲＢの照明光が透過する端面１２１、反射型液晶表示素子１１４ｂに対してＢ光が透過する端面１２２、反射型液晶表示素子１１４ａに対してＲ光が透過する端面１２３、ＲＢの投射光が透過する端面１２４を有する。各端面（光通過面）１２１乃至１２４には、Ｒの波長領域及びＢの波長領域（波長領域）それぞれに反射率の極小値がある分光反射特性を有する反射防止膜１２５が形成されている。

光生成部１３０は、所定の偏光状態のＧ光を光合成プリズム１５０に導光し、反射型液晶表示素子１３２と、１／４波長板１３４と、ＰＢＳ１４０とを有する。

反射型液晶表示素子１３２は、入射光を画像変調してＧ用画像を反射する。１／４波長板１３４は、直線偏光を楕円偏光（円偏光も含む）に、楕円偏光を直線偏光に変化させ、Ｇ光用に設けられる。

ＰＢＳ１４０は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。ＰＢＳ１４０は、Ｇの照明光が透過する端面１４１、反射型液晶表示素子１３４に対してＧ光が透過する端面１４２、Ｇの投射光が透過する端面１４３を有する。各端面（光通過面）１４１乃至１４３には、Ｇの波長領域に反射率の極小値がある分光反射特性を有する反射防止膜１４５が形成されている。

光源部１０２から投射光学系１６０に至る光束は反射型液晶表示素子１１４ａ、１１４ｂ及び１３２において一番細くなるので、反射型液晶表示素子の近傍に配置したＰＢＳ１２０、１４０を色合成プリズム１５０よりも小さく構成している。

投射光学系（投射レンズ）１６０は、図示しないスクリーンにカラー画像を投射する。投射光学系１６０のＦｎｏは、反射型液晶表示素子における回折や取り付け誤差による投射レンズの光軸と集光光学系の光軸のずれを考慮して照明系のＦｎｏよりも明るく設定している。

本実施例の照明光学系１０は、偏光光源部１０２から反射型液晶表示素子１１４ａまでの光路、偏光光源部１０２から反射型液晶表示素子１１４ｂまでの光路、偏光光源部１０２から反射型液晶表示素子１３２までの光路にそれぞれ適用可能である。この場合、画像表示素子４０は、反射型液晶表示素子１１４ａ、１１４ｂ又は１３２となる。

以下、液晶プロジェクタ１００の動作について説明する。

所定の方向に偏光状態が揃えられた白色光を放射する偏光光源２０２からの光はダイクロイックミラー１０４でＢとＲの光は反射し、Ｇの光は透過する。

ダイクロイックミラー１０４を反射したＲとＢの光は、色選択性位相差板１１２ａに入射し、これにより、Ｂ光はＰ偏光として、Ｒの光はＳ偏光としてＰＢＳ１２０に入射する。ＰＢＳ１２０においてＲ光は偏光分離面を反射して反射型液晶表示素子１１４ａに至り、Ｂ光は偏光分離面を透過して反射型液晶表示素子１１４ｂに至る。この結果、２つの色光（ＲＢ）に分離される。

ＰＢＳ１２０は、反射光に含まれるＰ偏光の純度と、透過光に含まれるＳ偏光の純度がほぼ等しくなるように調節されており、これにより、ＲとＢのバランスが保たれ色再現性が確保される。

反射型液晶表示素子１１４ａは、Ｒ光を画像変調して反射する。反射されたＲ光のＳ偏光成分は再び偏光分離面で反射され、光源側に戻され、投射光から除去される。一方、Ｒの反射光のＰ偏光成分はＰＢＳ１２０の偏光分離面を透過、検光され、投射光となる。

反射型液晶表示素子１１４ｂは、Ｂ光を画像変調して反射する。反射されたＢ光のＰ偏光成分は再び偏光分離面で透過され、光源側に戻され、投射光から除去される。一方、Ｂの反射光のＳ偏光成分はＰＢＳ１２０の偏光分離面を反射、検光され、投射光となる。

この結果、ＢとＲの投射光は一つの光束に合成される。合成されたＲとＢの投射光は色選択性位相差板１１２ｂに入射する。色選択性位相差板１１２ｂはＲの偏光方向のみを９０度回転し、Ｒ、ＢともにＳ偏光としたのち、色合成プリズム１５０に入射し、偏光分離面で反射することでＧの投射光と合成される。

Ｇの光路において、ダイクロイックミラー１０４を透過したＧ光はＰＢＳ１４０にＳ偏光として入射し、ＰＢＳ１４０の偏光分離面で反射され、反射型液晶表示素子１３２に至る。反射型液晶表示素子１３２は、Ｇ光を画像変調して反射する。反射されたＧ光のＳ偏光成分は再び偏光分離面で反射され、光源側に戻され投射光から除去される。一方、Ｇの反射光のＰ偏光成分はＰＢＳ１４０の偏光分離面を透過、検光され、投射光となる。

ＰＢＳ１４０は反射光のＳ偏光の純度が特に高い特性を有する反面、透過光に関しては偏光の純度が通常のＰＢＳより若干劣る特性を有している。このような特性のＰＢＳを用いる事によって、反射型液晶表示素子１３２によって反射され、ＰＢＳ１４０を出射する光の少なくともＰ成分は、映像を表示するためのＰ成分となる。

ＰＢＳ１４０を透過した光は、色合成プリズム１５０に対してはＰ偏光として入射し、不要な成分は除去され、投射光学系１６０へと至る。ＰＢＳ１２０を射出するＲＢの光とＰＢＳ１４０を射出するＧ光は色合成プリズム１５０で合成されて投射光学系１６０へと至り、スクリーンなどに投影される。反射防止膜１２５及び１４５により、スクリーンには高画質（高コントラスト）の画像が投射される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施例では、色合成プリズム１５０は、ＲＢ光の反射光とＧ光の透過光を投射光学系１６０に導光しているが、ＲＢ光の透過光とＧ光の反射光を投射光学系１６０に導光してもよい。また、Ｂを単独光路にしてＲＧを共通光路にする構成でもいいし、クロスプリズムを用いた方式であってもよい。

本発明の一実施例の照明光学系の単純化された光路図である。 図１に示す照明光学系に使用される遮光板の概略平面図である。 図２に示す遮光板の効果を説明するためのグラフである。 図１に示す照明光学系の光源がリフレクタの焦点位置にある状態と焦点位置からからずれた状態における発光分布の変化を説明するための光路図である。 図１に示す照明光学系における遮光板の効果を説明するための光路図である。 図２に示す遮光板の形状を決定するための図である。 図２に示す遮光板の変形例の概略平面図である。 本発明の一実施例の投射型画像表示装置の単純化された光路図である。 図８に示す投射型画像表示装置に使用可能な遮光板の様々な形状を示す概略平面図である。 本発明の別の実施例の投射型画像表示装置の概略ブロック図である。 図１に示す照明光学系のランプが正常な場合の光量分布を示す図である。 図１に示す照明光学系のランプが異常な場合の光量分布を示す図である。

符号の説明

１０ 照明光学系
１２ 第１インテグレータ
１４ 第２インテグレータ
１６ 第１の光束圧縮レンズ
２０、２０Ａ〜２０Ｅ 遮光板
４０ 画像表示素子
５０ 投射レンズ
１００ 液晶プロジェクタ（投射型画像表示装置）
１１４ａ、１１４ｂ、１３２ 反射型液晶表示素子

Claims (16)

1. 光源部からの光を受光し、光軸と略直交する第１方向に配列された複数の第１レンズ素子を有する第１インテグレータと、前記第１方向と平行な方向に、前記第１レンズ素子に対応して配列され、前記第１インテグレータによって分割集光された個々の光束を取り込む複数の第２レンズ素子を有する第２インテグレータと、前記第２インテグレータを通過した光を集光する集光手段とを有し、被照明面を照明する照明光学系であって、
   前記集光手段によって集光された光束の一部を遮光する遮光板が配置されていることを特徴とする照明光学系。
2. 前記集光手段が、前記光軸と平行で前記第１方向と直交する第１平面において、前記第２インテグレータを通過した光を集光しており、
   前記遮光板が、前記集光手段による前記第１平面における集光位置近傍に配置されていることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
3. 前記集光手段の前記第１平面における焦点距離をｆとするとき、前記遮光板は、前記第２インテグレータを通過した光の前記第１平面における集光位置か、該集光位置からの前記光軸方向に沿った距離が０.３ｆ以内の位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の照明光学系。
4. 前記遮光板は、前記光軸上を含む開口領域を有しており、
   前記第１方向及び前記光軸と垂直な方向を第２方向とするとき、
   前記開口領域の前記第２方向の幅は、前記光軸位置から前記第１方向にそって遠ざかるに従って、減少及び増加することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の照明光学系。
5. 前記遮光板は、前記光軸上を含む開口領域を有しており、
   前記第１方向及び前記光軸と垂直な方向を第２方向とするとき、
   前記開口領域の前記第２方向の幅は、前記光軸位置から前記第１方向にそって遠ざかるに従って、減少し、その後増加することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の照明光学系。
6. 前記遮光板は、前記光軸上を含む開口領域を有しており、
   前記第１方向及び前記光軸と垂直な方向を第２方向、
   前記開口領域の、前記光軸位置における前記第２方向の幅をＷ１１、
   前記開口領域の、前記光軸から前記第１方向に沿って所定距離Ｌ1離れた位置における前記第２方向の幅をＷ１２、
   前記開口領域の、前記光軸から前記第１方向に沿って所定距離３／２×Ｌ1離れた位置における前記第２方向の幅をＷ１３とするとき、
   Ｗ１１＞Ｗ１２＜Ｗ１３
   という関係を満たすＬ１が存在することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の照明光学系。
7. 前記遮光板は、前記光軸上を含む開口領域を有しており、
   前記第１方向及び前記光軸と垂直な方向を第２方向、
   前記開口領域の、前記光軸位置における前記第２方向の幅をＷ２１、
   前記開口領域の、前記光軸から前記第１方向に沿って所定距離Ｌ２離れた位置における前記第２方向の幅をＷ２２、
   前記開口領域の、前記光軸から前記第１方向に沿って所定距離２×Ｌ２離れた位置における前記第２方向の幅をＷ２３とするとき、
   Ｗ２１＞Ｗ２２＜Ｗ２３
   という関係を満たすＬ２が存在することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の照明光学系。
8. 前記遮光板は、前記光軸上を含む開口領域を有しており、
   前記開口領域の、前記光軸位置における前記第１方向の幅をＷ１、
   前記開口領域の、前記光軸位置における前記第２方向の幅をＷ２とするとき、
   Ｗ１＞Ｗ２
   であることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の照明光学系。
9. 前記光源と前記遮光板が配置されている位置とは実質的に共役な関係であることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
10. 前記遮光板が遮光する部分は、光軸方向と前記第１方向と直交する方向によって規定される座標系の前記光軸方向及び／又は前記第１方向と直交する前記方向に関して対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
11. 前記遮光板は、前記第１方向と直交する方向において前記レンズ素子のピッチで決定される開口形状を有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
12. 前記遮光板は、以下のような形状を有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系
    
    又は、
    。
13. 請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載の照明光学系と、
    前記照明光学系によって照明され、前記光を画像変調する画像表示素子と、
    当該画像表示素子が画像変調した光を被投射面に投射する投射光学系とを有することを特徴とする投射型画像表示装置。
14. 前記投射型画像表示装置は、前記光源部の発光状態又は前記画像表示素子上の照度分布を検出する検出部を更に有し、
    前記遮光板は前記光の光路に対して着脱可能に構成され、
    当該検出部による検出結果に基づいて前記遮光板の前記光路に対する着脱を制御する制御部とを有することを特徴とする請求項１３記載の投射型画像表示装置。
15. 前記遮光板は、光軸方向と前記第１方向と直交する方向によって規定される座標系において、前記第１方向に関して開口形状が反対方向に形成されている少なくとも２種類の遮光板を含み、
    前記制御部は、前記検出部による検出結果に基づいて前記２種類の遮光板のうちのいずれか一方を前記光路に対して着脱することを特徴とする請求項１４記載の投射型画像表示装置。
16. 前記制御部は、前記検出部の結果に基づいて、前記光源部を交換すべき旨の通知を行うことを特徴とする請求項１３記載の投射型画像表示装置。