JP2016014708A - 照明光学系およびそれを用いた投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２個以上の光源を有する光源部からの光を被照明面に導く照明光学系において、１個の光源を点灯した時でも照度ムラの少ない照明光学系を提供すること。
【解決手段】第１光源および第２光源を有する光源部からの光を被照明面に導く照明光学系であって、前記光源部からの光を複数の光束に分割する光束分割手段（５，６）と、前記複数の光束のうち前記第１光源の光軸と前記第２光源の光軸とを含む平面を境として第１の側の光束を第１光束とし前記第１の側とは反対の第２の側の光束を第２光束としたとき、前記第１光束および前記第２光束のうち一方の光束の少なくとも一部の光束による、前記被照明面上での照度分布を変化させる照度分布変化手段（２１〜２５）と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２個以上の光源を有する光源部からの光を被照明面に導く照明光学系に関する。

特許文献１には、２個以上の光源ユニットを用いた投射型表示装置について開示されている。例えば、特許文献１の図１、図２等には、２個の光源ユニットを図２の紙面平行方向の面内に並べて構成されたものがある。

特開２０１１−５３５４２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている構成では、１つのランプのみで点灯した場合、紙面平行の面内においてインテグレータ−レンズ１５の半分のみ光が照射されるため、投影面上での照度ムラが発生しやすくなるという問題があった。

本発明は、上記問題点を鑑み、２個以上の光源を有する光源部からの光を被照明面に導く照明光学系において、１個の光源を点灯した時でも照度ムラの少ない照明光学系および投射型表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての照明光学系は、第１光源および第２光源を有する光源部からの光を被照明面に導く照明光学系であって、前記光源部からの光を複数の光束に分割する光束分割手段と、前記複数の光束のうち前記第１光源の光軸と前記第２光源の光軸とを含む平面を境として第１の側の光束を第１光束とし前記第１の側とは反対の第２の側の光束を第２光束としたとき、前記第１光束および前記第２光束のうち一方の光束の少なくとも一部の光束による、前記被照明面上での照度分布を変化させる照度分布変化手段と、を有することを特徴とする。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、２個以上の光源を有する光源部からの光を被照明面に導く照明光学系において、１個の光源を点灯した時でも照度ムラの少ない照明光学系および投射型表示装置を提供することができる。

本発明の第１実施例の投射型表示装置の構成を示した図である。 本発明の第１実施例の投射型表示装置の光束合成ミラー４から偏光変換素子７までの構成を示した図である。 光源ユニット１００Ａ、１００Ｂの射出後の照度分布を示す図である。 本発明の光束合成ミラー４の反射部と透過部を示す図である。 光束合成ミラー４出射後の照度分布を示す図である。 ２灯点灯時の投影面上での照度分布を示す図である。 １灯点灯時の投影面上での照度分布を示す図である。 ミラー２１から２５を介さないｙｚ断面上半分の光路を示す図である。 ミラー２１から２５を介すｙｚ断面下半分の光路を示す図である。 本発明の第２実施例の投射型表示装置の構成を示す図である。 本発明の第２実施例の投射型表示装置の光束合成ミラー４から偏光変換素子７までの構成を示す図である。 ミラー３１を介さないｙｚ断面上半分の光路を示す図である。 ミラー３１を介すｙｚ断面下半分の光路を示す図である。 本発明の第３実施例の投射型表示装置の構成を示す図である。 出射側偏光板４９の特性を示す図である。 合成プリズム５０の特性を示す図である。

本発明では、２個以上の光源ユニットを用いた投射型表示装置において、１個のランプ点灯時でも照度ムラの少ない照明光学系および投射型表示装置を実現している。以下に本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１、２に、本発明の第１実施例にかかる投射型表示装置の構成を図示している。図１は投射型表示装置の構成をｘｚ断面で示したもの、図２は投射型表示装置の一部である光束合成ミラー４から偏光変換素子７までの構成をｙｚ断面で示したものである。ここでは、画像表示素子（画像変調素子）として反射型液晶表示素子を用いているが、反射型液晶表示素子に限ったものではなく透過型液晶表示素子を用いてもよい。

図１、２には、説明を容易にするため投射型表示装置の基本的な構成部品のみしか描いていないが、本発明の投射型表示装置は熱線カットフィルタや、偏光板等を有していてもよい。

発光管２Ａ内部の光源（発光部）１Ａから射出した光束は放物面リフレクタ３Ａによって略平行光となって射出される。また同様に発光管２Ｂ内部の光源１Ｂから射出した光束も放物面リフレクタ３Ｂによって略平行光となって射出される。光源１Ａ、発光管２Ａおよびリフレクタ３Ａからなる光源ユニット１００Ａは、本発明の第１光源を構成する。光源１Ｂ、発光管２Ｂおよびリフレクタ３Ｂからなる光源ユニット１００Ｂは、本発明の第２光源を構成する。第１光源の光軸１３Ａ（第１光源の発光点から出射する光束を開口部から射出するリフレクタの光軸）は、図１のｚ軸方向と平行に延びる。第２光源の光軸１３Ｂ（第２光源の発光点から出射する光束を開口部から射出するリフレクタの光軸）は、光源ユニット１００Ｂから後述する光束合成ミラー４まではｘ軸方向と平行に延び、光束合成ミラー４以降はｚ軸方向と平行に延びる。第１光源の光軸１３Ａおよび第２光源の光軸１３Ｂは、以下に述べる照明光学系３００の光軸１２に対し、偏芯して配置されている。なお、光軸１３Ａ、１３Ｂと光軸１２は、互いに平行に配置され、光軸１３Ａと光軸１３Ｂは光軸１２からｘ軸方向にずれて配置されている。ここで、図１が示すｘｚ断面は、光源ユニット１００Ａ（第１光源）の光軸１３Ａと光源ユニット１００Ｂ（第２光源）の光軸１３Ｂを含む断面（平面）である。また、ｘｚ断面は、照明光学系３００の光軸１２を含む断面（平面）でもある。図２が示すｙｚ断面は、ｘｚ断面に直交し光軸１２を含む断面（平面）である。光源ユニット１００Ａ、１００Ｂから射出される平行光束はそれぞれ、図３のような照度分布を示し、後段（被照明面側）に配置される光束合成ミラー４に入射する。図３に示す照度分布は、色が濃い部分（図３の黒色部分）は暗く、色が薄い部分（図３の白色部分）は明るいことを示している。つまり、光源ユニット１００Ａ、１００Ｂにおける周辺部は暗く、中心部に近づくにつれて明るくなる（光量が大きくなる）が、中心部では再び暗くなる（光量が落ちる）。上述の光源ユニット１００Ａ、１００Ｂ、光束合成ミラー４で光束合成光学系２００（光源部）が構成されている。このように、本発明の投射型表示装置は、少なくとも２個の光源が装着可能な光源部を備えている。本実施例では、光源部が有する光源の数は２個であるが、これに限定されず、２以上であってもよい。

光束合成ミラー４は、透過部と反射部を有する。光束合成ミラー４の透過部、反射部の構成を図４に示す。図４は、図１記載のＺ方向から見たときの図である。図４の白色部分が透過部を、斜線部分が反射部を示している。本実施例では、光源ユニット１００Ａからの光は透過部を透過し、光源ユニット１００Ｂからの光は反射部を反射して、照明光学系３００に入射する。照明光学系３００は、光源ユニット１００Ａ（第１光源）および光源ユニット１００Ｂ（第２光源）を有する光源部からの光を後述する反射型液晶表示素子１０（画像変調素子、被照明面）へ導くためのものである。光束合成ミラー４によって合成された光束の照度分布を図５に示す。各光源ユニットからの射出光は図３に示すようにランプ周辺部から中心部付近にいくにつれ光量が急激に増大するが、中心部は発光管を配置するためのリフレクタの穴によって光が反射しないため非常に光量が少ない。また、中心部は発光管そのものが遮光部になるなどにより非常に光量が少ない。そのため光束合成ミラー４の反射部、透過部が図４のような場合、図５のような照度分布になる。図５に示す照度分布も、図３と同様に、色が濃い部分（黒色部分）よりも色が薄い部分（白色部分）の方が明るい。

光束合成光学系２００（光源部）を出射した光は、第１フライアイレンズ（小さな球面レンズが２次元的に配列されたレンズアレイ）５によって分割及び集光される。第１フライアイレンズ５（第１レンズアレイ）よりも光軸方向において光源部から離れた位置（被照明面側）に第２フライアイレンズ６（第２レンズアレイ）が設けられている。第１フライアイレンズ５と第２フライアイレンズ６は、それぞれ複数の小レンズ（小さな球面レンズ）を有している。

第１フライアイレンズ５から第２フライアイレンズ６の間には、ミラー２１から２５（照度分布変化手段、反射手段）が配置される。ミラー２１から２５の作用効果については、後ほど詳細に説明する。

第１フライアイレンズ５によって分割された各々の分割光束は第２フライアイレンズ６近傍に集光され、光源の像（２次光源像）を作る。第１フライアイレンズ５および第２フライアイレンズ６により、第１光源および第２光源を有する光源部からの光を複数の光束に分割する光束分割手段が構成される。

これらのフライアイレンズ５、６を構成する小レンズは、被照明面である反射型液晶表示素子１０と相似の形状をした矩形レンズ形状をしている。第１フライアイレンズ５の各小レンズの位置は後述する反射型液晶表示素子１０の位置と光学的に略共役の関係になっている。

第２フライアイレンズ６を射出した分割光束は、無偏光光を直線偏光光に変換する偏光変換素子７によって、Ｐ偏光光に変換される。Ｐ偏光光に変換された分割光束はコンデンサーレンズ８によって重畳され、偏光ビームスプリッター９を透過し、反射型液晶表示素子１０を重畳的に照明する。コンデンサーレンズ８は、第１フライアイレンズ５および第２フライアイレンズ６（光束分割手段）で分割された光を集光する光束集光手段として構成される。

第１フライアイレンズ５、第２フライアイレンズ６、偏光変換素子７、コンデンサーレンズ８、ミラー２１から２５で照明光学系３００が構成される。

白表示時の場合は反射型液晶表示素子１０に入射したＰ偏光光は画像変調されＳ偏光光が反射し、偏光ビームスプリッター９の偏光分離面で反射し、投射レンズ１１に至り、スクリーンなどの被投射面（表示部）に拡大投影される。

黒表示時の場合は反射型液晶表示素子１０に入射したＰ偏光光は画像変調されずＰ偏光光のまま反射し、偏光ビームスプリッター９の偏光分離面を透過し光源側に戻され、投射光から除去される。

つぎに、本発明のミラー２１から２５の作用効果について述べる。

本発明のミラー２１から２５がない場合に、２つの光源ユニットが点灯している場合は、図６のように左右（図１のｘ方向）に対称な照度分布となる。しかしながら、２つの光源ユニットのうち１つのみを点灯した場合、図７のようにｘ方向に左右非対称な分布となってしまう。これは１つのみでは図５の上側に示すような照度分布となるため、第１フライアイレンズ５の半分のみ光が照射されるため、投影面上での照度ムラが発生しやすくなってしまうからである。なお、図６に示す照度分布は、色の薄い部分（白色部分）である中央部が明るく、色の濃い部分（黒色部分）である周辺部にいくほど中央部に対し暗いことを示している。図７に示す照度分布も、図６と同様に、色の薄い部分（白色部分）である中央左側部が明るく、色の濃い部分（黒色部分）である周辺部にいくほど中央左側部に対し暗いことを示している。図７と図６を比較するとわかるように、図７の周辺部の右側は図６の周辺部の右側よりも色が濃い部分（黒色部分）が多く、光量が落ちている（暗い）ことがわかる。

そこで、本発明では、図１、２に示すように、フライアイレンズ５、６の間にｙｚ断面の下半分にのみミラー２１から２５（照度分布変化手段、反射手段）を配置している。このときのフライアイレンズ５，６近傍を通過する光路を図８、９（ｘｚ断面）に示す。本発明では、ミラー２１から２５（照度分布変化手段、反射手段）は、ｘｚ断面を境として第１の側（ｙｚ断面の＋ｙ側（上半分））、または、第１の側とは反対の第２の側（ｙｚ断面の−ｙ側（下半分））にのみ配置される。本実施例の図２では、第２の側（ｙｚ断面の−ｙ側）にのみミラー２１から２５が配置される例を示している。図８はミラー２１から２５を介さない（すなわち、本発明の照度分布変化手段が配置されない）ｙｚ断面上半分の光路、図９はミラー２１から２５を介す（すなわち、本発明の照度分布変化手段が配置される）ｙｚ断面下半分の光路を示す。ここで、図８、図９において、光束分割手段（第１フライアイレンズ５）で分割された光束のうち、ｘｚ断面を境として第１の側（＋ｙ側）の光束を第１光束とし第２の側（−ｙ側）の光束を第２光束とする。換言すれば、光束分割手段で分割された光束のうち第１光源の光軸１３Ａと第２光源の光軸１３Ｂとを含む平面を境として第１の側（＋ｙ側）の光束を第１光束とし該第１の側とは反対の第２の側（−ｙ側）の光束を第２光束とする。このとき、ミラー２１から２５（照度分布変化手段）は、第１光束および第２光束のうち一方の光束の少なくとも一部の光束による、被照明面上での照度分布を変化させる。本実施例では、ミラー２１から２５で構成される照度分布変化手段に第２光束（−ｙ側の光束）を通過させることで、少なくとも一部の光束による、被照明面上での照度分布を反転させる。すなわち、ミラー２１から２５（反転手段、反射手段）により、第２光束の複数の光束のうち少なくとも一部の光束を反転（反射）させることで、被照明面上での照度分布を反転させる。換言すれば、本発明のミラー２１から２５（照度分布変化手段）は、第１光束または第２光束の複数の光束のうち少なくとも一部の光束を反転（反射）させる反転手段（反射手段）として機能する。なおここで、ｘｚ断面と平行な平面の面内方向（ｘ方向）において、分割された光束のそれぞれの中心に対し、第３の側（＋ｘ側）を第１領域とする。また、第３の側とは反対の第４の側（−ｘ側）を第２領域とする。第１領域と第２領域は各光束の中心に対し互いに反対側に位置する領域である。なお、第１の側および第２の側の方向（ｙ方向）は、第３の側および第４の側の方向（ｘ方向）と直交する方向である。このとき、ミラー２１から２５は、ｘｚ断面と平行な平面の面内方向（ｘ方向）において、第２光束の少なくとも一部の各光束の中心に対し第１領域と第２領域を反転させる。すなわち、反転手段を通過する前に第１領域を通過する光は、反転手段を通過した後では第２領域を通過する。また、反転手段を通過する前に第２領域を通過する光は、反転手段を通過した後では第１領域を通過する。このように、第１フライアイレンズ５（光束分割手段）を通過してミラー２１から２５に入射する前の光束は、ミラー２１から２５を通過した後ではそれぞれｘ方向において反転する。

本実施例では、ミラー２１から２５が、第２の側（ｙｚ断面の−ｙ側）に配置されているため、第２の側を通過する第２光束をｘｚ断面と平行な面の面内方向（ｘ方向）において反転させている。具体的には、第２光束に含まれる分割された光束それぞれの中心を通るｙ軸と平行な線を中心として、第１領域と第２領域をｘ方向に反転させている。なお、第１の側にはミラー２１から２５が配置されていないため、第１光束の第１領域と第２領域は反転手段により反転されない。これにより、第１光束の第１領域と第２領域は反転手段により反転されず、第２光束のみ反転手段により第１領域と第２領域が反転される。この結果、第１光束がｘ方向において進む方向の成分に対し、反転手段を経た第２光束がｘ方向において進む方向の成分は、逆方向となる。つまり、図８において、第１光束が進む方向の成分（例えば、光線Ａが進む方向のｘ方向におけるマイナス成分）と、図９において、第２光束が進む方向の成分（例えば、光線Ａが進む方向のｘ方向におけるプラス成分）とは、互いに逆方向となる。

前述したが、第１フライアイレンズ５の各小レンズは、反射型液晶表示素子１０の位置と光学的に略共役になっている。図８に３本の光線Ａ、Ｂ、Ｃを示しているが、第２フライアイレンズ６を出射後、コンデンサーレンズ８によって各方向と対応した反射型液晶表示素子１０の位置近傍に集光する。図９は第１フライアイレンズ５からの光がミラー２２、２１、２３（反射手段）で反射後、第２フライアイレンズ６を出射する様子を示している。本実施例のミラー（反射部）は、光源部の側（第１フライアイレンズ５）から入射した光をミラー２１（第１反射部）へ反射させるミラー２２（第２反射部）を有する。また、ミラー２１（第１反射部）で反射された光を反射型液晶表示素子１０の側（第２フライアイレンズ６）へ反射させるミラー２３（第３反射部）を有する。なお、ミラー２１（第１反射部）は、ｘｚ断面に直交し光軸１２を含む面（ｙｚ面の−ｙ側）に設けられる。換言すれば、ミラー２１（第１反射部）は、ｘｚ断面に直交し第１光源１００Ａの光軸１３Ａ（又は第２光源１００Ｂの光軸１３Ｂ）と平行に配置された反射面を有する。ミラー２１の反射面の法線は、２つの光源ユニットが配置されている断面（ｘｚ断面）の光軸１２と直交する方向（ｘ方向）にあり、かつ反射面はｙｚ断面の下半分にのみ存在する。ｙｚ断面の下半分には、図９に示されるように、第１フライアイレンズ５によって分割された光束ひとつにつき、奇数枚のミラー（２２，２１，２３）が設けられている。なお、図９では、図１に示すミラー（２４，２１，２５）の光路は、ミラー（２２，２１，２３）に示す光路と同じであることから、図示を省略している。したがって、ｙｚ断面の下半分を通過する光束は、ミラー２１から２５（反射手段）で奇数回反射し、後段の第２フライアイレンズ６に出射する。図８と図９の違いは光線ＡとＣの出射方向が、第１光束と第２光束とで逆になっていることである。本実施例では、図９に示す第２光束が図８に示す第１光束に対し反転して出力されている。換言すれば、第１光束と第２光束のｘｚ断面方向における結像倍率の符号が逆になっている。

本発明では、照明光学系３００に、第１光源１００Ａおよび第２光源１００Ｂが点灯した光源部２００からの光が入射するように構成されている。ただし、第１光源１００Ａおよび第２光源１００Ｂのうち一方の光源が点灯した光源部２００からの光が照明光学系３００に入射する場合もある。その場合、ランプ１灯での点灯の際は、反射型液晶表示素子１０の位置と光学的に略共役な第１フライアイレンズ５への照射分布に偏りがあるため、反射型液晶表示素子１０への照射すなわち投影面での照度分布も偏ってしまう。本発明のように２つの光源ユニットが配置されている断面（ｘｚ断面）と垂直方向の断面（ｙｚ断面）の半分にミラー２１から２５を配置することでｙｚ面の上半分と下半分でｘ方向に対し逆方向に照射されるため、トータルとしてムラの少ない照度分布となる。

２つの光源ユニットが配置されている断面（ｘｚ断面）と垂直方向の断面（ｙｚ断面）の中で、ｘ方向における結像関係を逆にする方法は第１実施例のみではない。別の方法を第２実施例として、図１０、１１に示す。図１０は本発明の第２実施例にかかる投射型表示装置の構成をｘｚ断面で示したもの、図１１は第２実施例にかかる投射型表示装置の一部である光束合成ミラー４から偏光変換素子７までの構成をｙｚ断面で示したものである。第２実施例は、第１実施例とはフライアイレンズ５、６の間の照度分布変化手段（反転手段、反射手段）の構成が異なるだけであるので、共通の構成については同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成の部分についてのみ説明する。

図１０、１１に示すようにフライアイレンズ５、６間には、照度分布変化手段（反転手段、反射手段）であるミラー３１が設けられている。ミラー３１の反射面の法線が２つの光源ユニットが配置されている断面（ｘｚ断面）の光軸１２と直交する方向（ｘ方向）にあり、かつ反射面がｙｚ断面の下半分にのみ存在する。本実施例においても、光束分割手段（第１フライアイレンズ５）で分割された光束のうち、ｘｚ断面を境として第１の側（＋ｙ側）の光束を第１光束とし第２の側（−ｙ側）の光束を第２光束とする。そして、ミラー３１は、ｘｚ断面と平行な平面の面内方向（ｘ方向）において第１光束および第２光束のうち一方の光束の少なくとも一部の光束を反転させる。

図１０、１１に示すようにフライアイレンズ５、６の間にｙｚ断面の下半分にのみミラー３１を配置した場合の光路を図１２、１３に示す。図１２はミラー３１を介さないｙｚ断面上半分の光路、図１３はミラー３１を介すｙｚ断面下半分の光路を示す。前述したが、第１フライアイレンズ５の各小レンズは、反射型液晶表示素子１０の位置と光学的に略共役になっている。図１２に３本の光線Ａ、Ｂ、Ｃを示しているが、第２フライアイレンズ６を出射後、コンデンサーレンズ８によって各方向と対応した反射型液晶表示素子１０の位置近傍に集光する。図１２は第１フライアイレンズ５からの光がミラー３１で反射せずに（すなわち、照度分布変化手段を介さずに）、第２フライアイレンズ６を出射する様子を示している。図１３は第１フライアイレンズ５からの光がミラー３１で反射後（すなわち、照度分布変化手段を介して）、第２フライアイレンズ６を出射する様子を示している。図１２と図１３の違いは光線ＡとＣの出射方向が逆になっていることである。また、ｙｚ断面の下半分（−ｙ側）は、フライアイレンズ５を出射した光が図１３のように照明光学系の光軸１２を交差するように各セルを偏芯させている。具体的には、フライアイレンズ５においてミラー３１が配置される側の小レンズは、該小レンズを通過した光束が、ｘｚ断面と直交し光軸１２を含むｙｚ断面（ｘｚ断面と直交し光軸１３Ａまたは光軸１３Ｂと平行な面）と交差するように偏芯している。換言すれば、第１レンズアレイ５のミラー３１（第１反射部）が配置される側の小レンズは、該小レンズを通過した光束が該第１反射部と交差するように偏芯している。図１３では、ミラー３１を反射しなかった場合の光路を点線で示している。ランプ１灯での点灯の際に、反射型液晶表示素子１０の位置と光学的に略共役な第１フライアイレンズ５への照射分布に偏りがあるため、反射型液晶表示素子１０への照射すなわち投影面での照度分布が偏ってしまう。本実施例では、２つの光源ユニットが配置されている断面（ｘｚ断面）と垂直方向の断面（ｙｚ断面）の半分にミラー３１を配置、かつ照明系光学の光軸１２を含む面（ｙｚ断面）と交差するようにフライアイレンズの小レンズを偏芯させている。そうすることでｙｚ面の上半分と下半分でｘ方向に対し逆方向に照射されるため、トータルとしてムラの少ない照度分布となる。

図１４は、上述の第１実施例の光束合成光学系（光源部）２００、照明光学系３００を用いて、３枚の反射型液晶表示素子を照明する投射型表示装置を示した第３実施例である。第３実施例にかかる投射型表示装置は、反射型液晶表示素子（画像変調素子）を備えた色分解合成光学系４００と、反射型液晶表示素子を照明する照明光学系３００と、第１光源および第２光源を備えた光源部としての光束合成光学系２００とを有する。また、照明光学系３００および反射型液晶表示素子（色分解合成光学系４００）を介した光を被投射面に投射する投射レンズ５１（投射光学系）を有する。

図１４において、光束合成光学系２００、照明光学系３００は第１実施例と同じであるため、詳細は省略する。

光源ユニット１００Ａ、１００Ｂから射出した光束は、光束合成光学系２００、照明光学系３００を介し、Ｐ偏光光がダイクロイックミラー４１に入射する。

図１４のダイクロイックミラー４１は青（Ｂ）と赤（Ｒ）の色光を反射し、緑（Ｇ）の色光を透過するダイクロイックミラーである。４２はＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する第１の偏光ビームスプリッターであり、偏光分離面を有する。

４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂはそれぞれ入射した光を反射するとともに画像変調する赤用の反射型液晶表示素子、緑用の反射型液晶表示素子、青用の反射型液晶表示素子（画像変調素子）である。４４Ｒ，４４Ｇ，４４Ｂはそれぞれ、赤用の１／４波長板、緑用の１／４波長板、青用の１／４波長板である。４５はＳ偏光を透過するＧ用の出射側偏光板Ｇである。

４６は入射側偏光板であり、Ｐ偏光光を透過する。４７はＲの光の偏光方向を９０度変換し、Ｂの光の偏光方向は変換しない色選択性位相差板Ａである。４８はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第２の偏光ビームスプリッターであり、偏光分離面を有する。

４９はＢ用の出射側偏光板Ｂであり、図１５のような特性をもっている。Ｂの色光はＳ偏光のみを透過し、Ｒの色光は偏光方向に関係なく透過する。合成プリズム５０は図１６のような特性も持っており、Ｂ、Ｇの色光ではダイクロイックミラー、Ｒの色光ではＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光ビームスプリッターの特性をもつプリズムである。

以上のダイクロイックミラー４１から合成プリズム５０により、色分解合成光学系４００が構成される。

５１は投射レンズ（投射光学系）であり、上記光束合成光学系、照明光学系，色分解合成光学系および投射光学系により画像表示光学系が構成される。

次に、照明光学系３００を通過した後の光学的な作用を説明する。まず、Ｇの光路について説明する。

ダイクロイックミラー４１を透過したＰ偏光光のＧの色光は第１の偏光ビームスプリッター４２に入射して偏光分離面で透過し、Ｇ用の反射型液晶表示素子４３Ｇへと至る。Ｇ用の反射型液晶表示素子４３Ｇにおいては、Ｇの光が画像変調されて反射される。画像変調されたＧの反射光のうちＰ偏光成分は、再び第１の偏光ビームスプリッター４２の偏光分離面を透過し、光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＧの反射光のうちＳ偏光成分は、第１の偏光ビームスプリッター４２の偏光分離面で反射、Ｓ偏光を透過する出射側偏光板Ｇ４５を透過し、投射光として合成プリズム５０に向かう。その後、合成プリズム５０で反射して投射レンズ５１へと至る。このとき、すべての偏光成分をＰ偏光に変換した状態（黒を表示した状態）において、第１の偏光ビームスプリッター４２とＧ用の反射型液晶表示素子４３Ｇとの間に設けられた１／４波長板４４Ｇの遅相軸を所定の方向に調整する。そうすることにより、第１の偏光ビームスプリッター４２とＧ用の反射型液晶表示素子４３Ｇで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えることができる。

一方、ダイクロイックミラー４１を反射したＰ偏光光のＲとＢの色光は、Ｐ偏光光を透過する入射側偏光板４６に入射する。そしてＲとＢの光は、入射側偏光板４６から出射した後、色選択性位相差板Ａ４７に入射する。色選択性位相差板Ａ４７は、Ｒの色光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＲの色光はＳ偏光として、Ｂの色光はＰ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４８に入射する。Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４８に入射したＲの色光は、第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶表示素子４３Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４８に入射したＢの色光は、第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶表示素子４３Ｂへと至る。

Ｒ用の反射型液晶表示素子４３Ｒに入射したＲの色光は画像変調されて反射される。画像変調されたＲの反射光のうちＳ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面で反射されて光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＲの反射光のうちＰ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面を透過して投射光として出射側偏光板４９に向かう。

また、Ｂ用の反射型液晶表示素子４３Ｂに入射したＢの色光は画像変調されて反射される。画像変調されたＢの反射光のうちＰ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＢの反射光のうちＳ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面で反射して投射光として出射側偏光板４９に向かう。

このとき、第２の偏光ビームスプリッター４８とＲ用，Ｂ用の反射型液晶表示素子４３Ｒ，４３Ｂの間に設けられた１／４波長板４４Ｒ，４４Ｂの遅相軸を調整することにより、Ｇの場合と同じようにＲ，Ｂそれぞれの黒の表示の調整を行うことができる。

こうして１つの光束に合成され、第２の偏光ビームスプリッター４８から出射したＲとＢの色光は、Ｒの色光はＰ偏光、Ｂの色光はＳ偏光で出射側偏光板４９、合成プリズム５０に入射する。

そして、ＲとＢの投射光は合成プリズム５０を透過し、Ｇの色光と合成されて投射レンズ５１に至る。

そして、合成されたＲ，Ｇ，Ｂの投射光は、投射レンズ５１によってスクリーンなどの被投射面（表示部）に拡大投影される。

以上説明した光路は反射型液晶表示素子が白表示の場合である為、以下に反射型液晶表示素子が黒表示の場合での光路を説明する。

まず、Ｇの光路について説明する。

ダイクロイックミラー４１を透過したＧの色光のＰ偏光光は第１の偏光ビームスプリッター４２に入射して偏光分離面で透過し、Ｇ用の反射型液晶表示素子４３Ｇへと至る。しかし、反射型液晶表示素子４３Ｇが黒表示の為、Ｇの色光は画像変調されないまま反射される。従って、反射型液晶表示素子４３Ｇで反射された後もＧの色光はＰ偏光光のままである為、再び第１の偏光ビームスプリッター４２の偏光分離面で透過し、光源側に戻され、投射光から除去される。

次に、ＲとＢの光路について説明する。

ダイクロイックミラー４１を反射したＲとＢの色光は、Ｐ偏光光を透過する入射側偏光板４６に入射する。そしてＲとＢの色光は、入射側偏光板４６から出射した後、色選択性位相差板Ａ４７に入射する。色選択性位相差板Ａ４７は、Ｒの色光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＲの色光はＳ偏光として、Ｂの色光はＰ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４８に入射する。Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４８に入射したＲの色光は、第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶表示素子４３Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４８に入射したＢの色光は、第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶表示素子４３Ｂへと至る。ここでＲ用の反射型液晶表示素子４３Ｒは黒表示の為、Ｒ用の反射型液晶表示素子４３Ｒに入射したＲの色光は画像変調されないまま反射される。従って、Ｒ用の反射型液晶表示素子４３Ｒで反射された後もＲの色光はＳ偏光光のままである。その為、再び第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面で反射し、色選択性位相差板Ａ４７により、Ｐ偏光に変換され、入射側偏光板４６を通過して光源側に戻され、投射光から除去される為、黒表示となる。一方、Ｂ用の反射型液晶表示素子４３Ｂに入射したＢの色光はＢ用の反射型液晶表示素子４３Ｂが黒表示の為、画像変調されないまま反射される。従って、Ｂ用の反射型液晶表示素子４３Ｂで反射された後もＢの色光はＰ偏光光のままである為、再び第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面を透過し、色選択性位相差板Ａ４７、入射側偏光板４６を透過して光源側に戻されて投射光から除去される。

以上が、３枚の反射型液晶表示素子を使用した投射型画像表示装置での光学構成である。

この第３実施例においては、反射型液晶表示素子が３枚ある実施例を示したが、この数は３枚に限らず、２枚でも４枚でも構わない。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例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。

本発明は、プロジェクタなどの投射表示システムに好適に利用できる。

５ 第１フライアイレンズ
６ 第２フライアイレンズ
２１〜２５ ミラー
３００ 照明光学系

Claims (17)

1. 第１光源および第２光源を有する光源部からの光を被照明面に導く照明光学系であって、
   前記光源部からの光を複数の光束に分割する光束分割手段と、
   前記複数の光束のうち前記第１光源の光軸と前記第２光源の光軸とを含む平面を境として第１の側の光束を第１光束とし前記第１の側とは反対の第２の側の光束を第２光束としたとき、前記第１光束および前記第２光束のうち一方の光束の少なくとも一部の光束による、前記被照明面上での照度分布を変化させる照度分布変化手段と、を有することを特徴とする照明光学系。
2. 前記照度分布変化手段は、前記第１の側または前記第２の側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記照度分布変化手段は、前記被照明面上での照度分布を反転させることを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学系。
4. 前記照度分布変化手段は、前記少なくとも一部の光束を前記平面の面内方向において反転させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の照明光学系。
5. 前記光束分割手段は、複数の小レンズを有する第１レンズアレイと、前記第１レンズアレイよりも前記光源部から離れた位置に設けられた第２レンズアレイと、を備え、
   前記照度分布変化手段は、前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイの間に配置され、
   前記第１レンズアレイの前記照度分布変化手段が配置される側の前記小レンズは、該小レンズを通過した光束が、前記平面に直交し前記第１光源の光軸と平行な面と交差するように偏芯していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照明光学系。
6. 前記照度分布変化手段は、前記第１光源の光軸と平行に配置された反射面を含む反射手段であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の照明光学系。
7. 第１光源および第２光源を有する光源部からの光を被照明面に導く照明光学系であって、
   前記光源部からの光を複数の光束に分割する光束分割手段と、
   前記複数の光束のうち一部の光束を反射する、前記第１光源の光軸と平行に配置された反射面を含む反射手段と、
   を備えることを特徴とする照明光学系。
8. 前記第１光源の光軸と前記第２光源の光軸とを含む平面が、前記反射面の法線と平行であることを特徴とする請求項６または７に記載の照明光学系。
9. 前記反射手段は、前記第１光源の光軸と前記第２光源の光軸とを含む平面を境として第１の側または前記第１の側とは反対の第２の側に配置されることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載の照明光学系。
10. 前記第１光源の光軸と前記第２光源の光軸は、互いにずれていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の照明光学系。
11. 前記反射手段は、前記第１光源の光軸と前記第２光源の光軸とを含む平面に直交し前記第１光源の光軸と平行な面に設けられる第１反射部を有することを特徴とする請求項６ないし１０のいずれか１項に記載の照明光学系。
12. 前記反射手段は、前記光源部の側から入射した光を前記第１反射部へ反射させる第２反射部と、前記第１反射部で反射された光を前記被照明面の側へ反射させる第３反射部と、を有することを特徴とする請求項１１に記載の照明光学系。
13. 前記光束分割手段は、複数の小レンズを有する第１レンズアレイと、前記第１レンズアレイよりも前記光源部から離れた位置に設けられた第２レンズアレイと、を備え、
    前記反射手段は、前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイの間に配置され、
    前記第１レンズアレイの前記第１反射部が配置される側の前記小レンズは、該小レンズを通過した光束が前記第１反射部と交差するように偏芯していることを特徴とする請求項１１に記載の照明光学系。
14. 前記光束分割手段で分割された光を集光する光束集光手段をさらに有することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の照明光学系。
15. 前記照明光学系は、前記第１光源および前記第２光源のうち一方の光源が点灯した前記光源部からの光が入射することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の照明光学系。
16. 前記光束分割手段は、複数の小レンズを有する第１レンズアレイと第２レンズアレイとを備え、
    前記第１レンズアレイの位置は、前記被照明面の位置と光学的に略共役の関係にあることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の照明光学系。
17. 請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の照明光学系と、
    前記照明光学系によって照明される画像変調素子と、
    前記照明光学系および前記画像変調素子を介した光を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表示装置。