JP3582292B2 - 照明光学系、およびこれを用いた投写型表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、色光合成手段を備えた投写型表示装置およびそのための照明光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー画像を投写スクリーンに投写する投写型表示装置には、クロスダイクロイックプリズムが用いられていることが多い。例えば透過型の液晶プロジェクタでは、クロスダイクロイックプリズムは、赤、緑、青の３色の光を合成して同一の方向に出射する色光合成手段として利用される。また、反射型の液晶プロジェクタでは、クロスダイクロイックプリズムは、白色光を赤、緑、青の３色の光に分離する色光分離手段として利用されると共に、変調された３色の光を再度合成して同一の方向に出射する色光合成手段としても利用される。クロスダイクロイックプリズムを用いた投写型表示装置としては、例えば特開平１−３０２３８５号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
図２０は、投写型表示装置の要部を示す概念図である。この投写型表示装置は、３つの液晶ライトバルブ４２，４４，４６と、クロスダイクロイックプリズム４８と、投写レンズ系５０とを備えている。クロスダイクロイックプリズム４８は、３つの液晶ライトバルブ４２，４４，４６で変調された赤、緑、青の３色の光を合成して、投写レンズ系５０の方向に出射する。投写レンズ系５０は、合成された光を投写スクリーン５２上に結像させる。
【０００４】
図２１は、クロスダイクロイックプリズム４８の一部を分解した斜視図である。クロスダイクロイックプリズム４８は、４つの直角プリズムの互いの直角面を、光学接着剤で貼り合わせることによって作製されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図２２は、クロスダイクロイックプリズム４８を利用した場合の問題点を示す説明図である。図２２（Ａ）に示すように、クロスダイクロイックプリズム４８は、４つの直角プリズムの直角面で形成されるＸ字状の界面において、略Ｘ字状に配置された赤色光反射膜６０Ｒと青色光反射膜６０Ｂとを有している。しかし、４つの直角プリズムの隙間には光学接着剤層６２が形成されているので、反射膜６０Ｒ，６０Ｂも、クロスダイクロイックプリズム４８の中心軸４８ａの部分において隙間を有している。
【０００６】
クロスダイクロイックプリズム４８の中心軸４８ａを通る光が投写スクリーン５２上に投影されると、中心軸４８ａに起因する暗線が画像中に形成されることがある。図２２（Ｂ）は、このような暗線ＤＬの一例を示している。この暗線ＤＬは、他の部分とは異なる色がついた、やや暗い線状の領域であり、投写された画像のほぼ中心に形成される。この暗線ＤＬは、中心軸４８ａ付近の反射膜の間隙において光線が散乱されることや、赤色光や青色光が反射されないことに起因していると考えられる。なお、この問題は、赤色反射膜、青色反射膜等の選択反射膜がそれぞれ形成された２種類のダイクロイックミラーをＸ字状に交差させたクロスダイクロイックミラーにおいても同様に発生する。この場合にも、ミラーの中心軸に起因する暗線が画像中に形成されることとなる。
【０００７】
このように、従来の投写型表示装置では、クロスダイクロイックプリズム４８やクロスダイクロイックミラーの中心軸によって、投写される画像のほぼ中心に暗線が形成されてしまうことがあるという問題があった。
【０００８】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、クロスダイクロイックプリズムやクロスダイクロイックミラー等、Ｘ字状に配置された２種類のダイクロイック膜を備えた光学手段の中心軸に起因する暗線を目立たなくすることのできる技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
（課題を解決するための原理の説明）
まずはじめに、課題を解決するための原理を、具体的な例に基づき、図１ないし図４を用いて説明する。図面では、光の進行方向をｚ方向、光の進行方向（ｚ方向）からみて３時の方向をｘ方向、１２時の方向をｙ方向として統一してある。また、下記説明に置いて、便宜的に、ｘ方向は行方向、ｙ方向は列方向を表すものとする。なお、下記の原理は、説明を容易にするために具体的な例に基づいて説明を行っているが、本発明はそのような具体的な構成に限定されるものではない。
【００１０】
投写型表示装置において、光源からの光を複数の部分光束に分割して照明光の面内照度むらを低減する技術として、ＷＯ９４／２２０４２号公報に記載されたような、複数の小レンズを有する２つのレンズアレイを用いた照明光学系（インテグレータ光学系という）が知られている。
【００１１】
図１は、クロスダイクロイックプリズムを用いた投写型表示装置にインテグレータ光学系を採用した場合の、暗線発生原理を説明する図である。図１（Ａ−１），（Ｂ−１）は、ｘ方向の位置が互いに異なる小レンズ１０、すなわち、異なる列方向に存在する小レンズ１０を通過した光束（図中実線で示す）、および、その中心光軸（図中細かい点線で示す）の追跡図、図１（Ａ−２），（Ｂ−２）は投写スクリーン７上の暗線ＤＬａ、ＤＬｂの形成位置を示す図である。
【００１２】
光源（図示省略）から出射された光束は、それぞれ複数の小レンズ１０を有する第１と第２のレンズアレイ１，２によって複数の部分光束に分割される。第１と第２のレンズアレイ１，２に設けられた各小レンズ１０を通過した光束は、平行化レンズ１５によってその中心軸に平行な光束に変換される。平行化レンズ１５を通過した部分光束は、液晶ライトバルブ３上で重畳され、その所定領域を均一に照明する。なお、図１においては１枚の液晶ライトバルブ３のみが図示されているが、他の２枚の液晶ライトバルブにおいてもインテグレータ光学系の原理、暗線の発生原理は同様である。
【００１３】
図２は第１と第２のレンズアレイ１，２の外観を示す斜視図である。第１のレンズアレイ１，２は、それぞれ略矩形状の輪郭を有する小レンズ１０がＭ行Ｎ列のマトリクス状に配置された構成を有している。この例では、Ｍ＝１０，Ｎ＝８であり、図１（Ａ−１）には２列目の小レンズを通過した部分光束の追跡図、図１（Ｂ−１）には７列目の小レンズを通過した部分光束の追跡図が示されていることになる。
【００１４】
液晶ライトバルブ３上に重畳された光束は、液晶ライトバルブ３で画像情報に応じた変調を受けた後、クロスダイクロイックプリズム４に入射する。クロスダイクロイックプリズム４から出射された光束は、投写レンズ系６を介して投写スクリーン７上に投影される。
【００１５】
図１（Ａ−１），（Ｂ−１）にそれぞれ荒い点線で示すように、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５（図中ｙ方向に沿っている）部分を通過する光も、それぞれ投写スクリーン７上のＰａ，Ｐｂの位置に投影されることとなる。ところが、従来技術において述べたように、この中心軸５付近の反射膜の間隙において光線が散乱されたり、反射されるべき光が反射されなかったりするため、中心軸５付近を通過する光の光量が減少してしまう。よって、図１（Ａ−２），（Ｂ−２）に示すように、投写スクリーン７上に周囲よりも輝度の低い部分、すなわち、暗線ＤＬａ，ＤＬｂが形成されてしまう。
【００１６】
ここで、暗線と、第１と第２のレンズアレイ１，２との関係を説明する。図１（Ａ−１）を一部拡大して示してある図３（Ａ）から解るように、液晶ライトバルブ３によって形成された像は、投写レンズ系６によって反転され、かつ拡大されて投写スクリーン７上に投影される。なお、図３（Ｂ）は、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５を含むｘｙ平面における断面図である。図３（Ａ），（Ｂ）において、ｒ１は、部分光束をクロスダイクロイックプリズム４の中心軸５を含むｘｙ平面で切断したときの、部分光束の断面８の一方の端１１から中心軸５までの距離を示し、ｒ２は、部分光束の断面８の他方の端１２から中心軸５までの距離を示す。部分光束の断面８の像は、投写レンズ系６によって反転され、かつ拡大されて投写スクリーン７上に投影されるので、投写スクリーン７上における投写領域９の一方の端１３から暗線ＤＬａまでの距離Ｒ２と投写領域９の他方の端から暗線ＤＬａまでの距離Ｒ１との比は、距離ｒ２と距離ｒ１との比に等しい。すなわち、暗線ＤＬａが形成される位置は、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸を含むｘｙ平面における部分光束の断面８が、中心軸５に対してどのような位置に存在するかに依存している。
【００１７】
ここで、図１（Ａ−１）と（Ｂ−１）とを比較すれば解るように、図１（Ａ−１）と（Ｂ−１）とでは、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５を含むｘｙ平面におけるそれぞれの部分光束の断面の位置が異なっている。従って、暗線ＤＬａとＤＬｂとはそれぞれ異なる位置に形成されることとなる。同様に、第１と第２のレンズアレイ１，２のうち、２列目、７列目以外の列に存在する小レンズ１０を通過した部分光束の、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５を含むｘｙ平面における断面の位置もそれぞれ異なるため、投写スクリーン７上には、第１と第２のレンズアレイ１，２の列数だけ、すなわち、Ｎ本の暗線が形成されることになる。
【００１８】
なお、第１と第２のレンズアレイ１，２の同じ列方向位置に並ぶＭ個の小レンズを通過する部分光束は、図４に示したように、投写スクリーン７上のほぼ等しい位置に暗線ＤＬｃを形成する。従って、Ｎ本の暗線のそれぞれは、第１と第２のレンズアレイ１，２の同じ列方向位置に並ぶＭ個の小レンズを通過する部分光束が重なり合って形成されており、その暗度は、それぞれの小レンズ１０によって形成される暗線の暗度の総和にほぼ等しい。
【００１９】
以上をまとめると、以下の原理が導き出せる。
【００２０】
（第１の原理）
まず、第１に、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５に対する部分光束の中心軸の位置が異なれば暗線の形成される位置も異なる。第１と第２のレンズアレイ１，２の異なる列を通過する部分光束は、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５に対する位置が互いに異なるので、異なる位置に暗線を形成する。
【００２１】
（第２の原理）
第２に、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５を含むｘｙ平面における部分光束の断面の位置が異なるのは、クロスダイクロイックプリズム４に入射する部分光束の角度が異なるからである（図１参照）。第１と第２のレンズアレイ１，２の異なる列を通過する部分光束は、クロスダイクロイックプリズム４に対して異なる角度で入射するので、中心軸５における部分光束の位置が異なる。
【００２２】
従って、クロスダイクロイックプリズム４に入射する部分光束の角度が異なれば、あるいは、液晶ライトバルブ３上に重畳される部分光束の角度が異なれば、暗線の形成される位置も異なることになる。
【００２３】
（結論）
先に述べた通り、第１と第２のレンズアレイ１，２の同じ列方向位置に並ぶＭ個の小レンズを通過する部分光束が、投写スクリーン７上のほぼ等しい位置にそれぞれ暗線を形成することにより、その暗線の暗度は、それぞれの小レンズ１０によって形成される暗線の暗度の総和にほぼ等しい。１つの小レンズによって形成される暗線の暗度のほぼＭ倍となる。従って、このＭ個の小レンズを通過する部分光束のそれぞれにより形成される暗線が、投写スクリーン７上の異なる位置に形成されるようにすれば良い。すなわち、このようにすれば、暗線の数は増加するものの、１本あたりの暗線の暗度を減少させることが可能となるため、結果として暗線が非常に目立ちにくくなる。なお、Ｍ個の小レンズを通過する暗線のすべてが異なる位置に形成されるようにする必要はなく、一部が異なる位置に形成されるようにするだけで十分である。
【００２４】
なお、暗線を異なる位置に形成させることは、先に述べた第１の原理、第２の原理のいずれかにより可能である。
【００２５】
すなわち、第１の原理に基づけば、同じ列方向位置に並ぶＭ個の小レンズを通過する部分光束のうち、一部について、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５に対する部分光束の中心軸の位置を他と変化させれば良い。
【００２６】
さらに、第２の原理に基づけば、同じ列方向位置に並ぶＭ個の小レンズを通過する部分光束のうち、一部について、液晶ライトバルブ３上に重畳される部分光束の角度、あるいはクロスダイクロイックプリズム４に入射する部分光束の角度を他と変化させれば良い。
【００２７】
本発明は、上記のような原理を追求することによって、前に述べたような従来技術における課題を解決することができたのである。以下に、その手段、および、作用・効果について述べる。
【００２８】
（課題を解決するための手段およびその作用・効果）
第１の発明は、
照明光を出射する照明光学系であって、
光源から出射される光束を複数の部分光束に分割するためにマトリクス状に配置された複数の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
入射された前記複数の部分光束を反射する反射ミラーと、
前記反射ミラーで反射された前記複数の部分光束のそれぞれの光路上に対応する複数の小レンズを有する第２のレンズアレイとを備え、
前記第２のレンズアレイは、所定の列方向にそってほぼ並ぶ少なくとも１列の小レンズのうち少なくとも１つの行の小レンズが他の行の小レンズから所定の行方向に所定の量だけずれた位置に配置されており、
前記反射ミラーは、前記少なくとも１つの行の小レンズを通過すべき部分光束の反射する少なくとも１つの反射部と前記他の行の小レンズを通過すべき部分光束の反射する他の反射部とに区分けされ、該少なくとも１つの反射部で反射した部分光束と該他の反射部で反射した部分光束の光路とが前記所定の行方向に前記所定の量だけずれるように段差を有していることを特徴とする。
【００２９】
第１の発明を適用する投写型表示装置として、照明光を、３色の光に分離する色光分離手段と、３色の光を与えられた画像信号に基づいてそれぞれ変調する３組の光変調手段と、Ｘ字状に配置された２種類のダイクロイック膜を備え、このダイクロイック膜が互いに交差する位置に相当する中心軸を有し、３組の光変調手段により変調された３色の光を合成して同一方向に出射する色光合成手段と、この色光合成手段により合成された光を投写面上に投写する投写手段とを備えている投写型表示装置がある。ここで、「所定の列方向」は、色光合成手段の中心軸にほぼ平行な方向である。また、「所定の行方向」は、この中心軸にほぼ平行な方向にほぼ垂直な方向である。また、３組の光変調手段が第１の発明により照明される被照明領域に相当する。このような投写型表示装置では、通常、第１と第２のレンズアレイで分割された複数の部分光束のうちで、列方向に沿ってほぼ並ぶ複数の部分光束の少なくとも１列の部分光束は、被照明領域上をほぼ同じ所定の角度で通過して、色光合成手段の中心軸をスクリーン上のほぼ同じ位置に投影して暗線を形成する。
【００３０】
第１の発明を上記投写型表示装置に適用した場合においては、第１のレンズアレイから出射する部分光束で列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも１列の部分光束のうち、反射ミラーの少なくとも１つの反射部で反射して第２のレンズアレイの少なくとも１つの行の小レンズを通過する部分光束が被照明領域に入射する角度と、反射ミラーの他の反射部で反射して第２のレンズアレイの他の行の小レンズを通過する部分光束が被照明領域に入射する角度は異なるため、２種類の部分光束は、クロスダイクロイックプリズムに異なる角度で入射し、さらに、クロスダイクロイックプリズム中のそれぞれ異なる位置を通過する。したがって、上記第１，第２の原理に基づき、列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも１列の部分光束によって色光合成手段の中心軸がほぼ同じ位置に投影されるのを防止できる。この結果、投写される画像に形成される暗線を目立ちにくくすることが可能である。
【００３１】
上記第１の発明において、前記第２のレンズアレイは、前記所定の行方向に沿った少なくとも１本の区分線によって、複数の領域に区分されており、前記複数の領域の少なくとも一部の領域が他の領域から前記所定の行方向に所定の量だけずれた位置に配置されており、
前記反射ミラーは、前記少なくとも１部の領域を通過すべき部分光束の反射する少なくとも１つの反射部と前記他の領域を通過すべき部分光束の反射する他の反射部とに区分けされ、該少なくとも１つの反射部で反射した部分光束と該他の反射部で反射した部分光束の光路とが前記所定の行方向に前記所定の量だけずれるように段差を有しているようにしてもよい。
【００３２】
このようにしても、列方向に沿ってほぼ並ぶ１列の部分光束のうち、第２のレンズアレイの一部の領域を通過した部分光束の被照明領域を通過する角度と、他の領域を通過した部分光束の被照明領域を通過する角度とが異なることになる。したがって、上記第１，第２の原理に基づいて、列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも１列の部分光束によって色光合成手段の中心軸がほぼ同じ位置に投影されるのを防止できる。この結果、投写される画像に形成される暗線を目立ちにくくすることが可能である。
【００３３】
また、上記第１の発明において、前記第２のレンズアレイは、前記所定の列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも１列の小レンズのうち、奇数行の小レンズと偶数行の小レンズとが、前記所定の行方向に交互に異なる位置に所定の量だけずれて配置されており、
前記反射ミラーは、前記奇数行の小レンズを通過すべき部分光束の反射する奇数行反射部と前記偶数行の小レンズを通過すべき部分光束の反射する偶数行反射部とに区分けされ、該奇数行反射部で反射した部分光束と該偶数行反射部で反射した部分光束の光路とが前記所定の行方向に前記所定の量だけずれるように段差を有しているようにしてもよい。
【００３４】
このようにしても、列方向に沿ってほぼ並ぶ１列の部分光束のうち、第１と第２のレンズアレイの奇数行を通過する部分光束が被照明領域を通過する角度と、偶数行を通過する部分光束が被照明領域を通過する角度とが異なることになる。したがって、上記第１，第２の原理に基づいて、列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも１列の部分光束によって色光合成手段の中心軸がほぼ同じ位置に投影されるのを防止できる。この結果、投写される画像に形成される暗線を目立ちにくくすることが可能である。
【００３５】
また、上記第１の発明において、前記第２のレンズアレイは、前記所定の列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも１列の小レンズのうち、該少なくとも１列の小レンズを通過した部分光束のうちで比較的大きい光量を有する部分光束が通過する少なくとも１つの小レンズが、前記所定の行方向に沿って他の小レンズとは異なる位置に所定の量だけずれて配置されており、
前記反射ミラーは、前記少なくとも１つの小レンズを通過すべき部分光束の反射する少なくとも１つの反射部と前記他の小レンズを通過すべき部分光束の反射する他の反射部とに区分けされ、該少なくとも１つの反射部で反射した部分光束と該他の反射部で反射した部分光束の光路とが前記所定の行方向に前記所定の量だけずれるように段差を有しているようにしてもよい。
【００３６】
部分光束の光量が比較的大きい部分光束によって形成される暗線の暗度は比較的大きいため、暗線が目立ちやすい。このような部分光束の被照明領域上を通過する角度が他の部分光束被照明領域上を通過する角度が同じであると、投写される画像に形成される暗線がより目立ちやすくなる。したがって、上記のようにすれば、このような比較的光量の大きい部分光束を、他の部分光束の角度とは異なった角度で被照明領域上を通過させることができる。したがって、上記第１，第２の原理に基づいて、列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも１列の部分光束によって色光合成手段の中心軸がほぼ同じ位置に投影されるのを防止できる。この結果、投写される画像に形成される暗線を目立ちにくくすることが可能である。
【００３７】
上記の場合において、さらに、前記比較的大きい光量を有する部分光束が前記所定の列方向に沿って複数存在する場合には、さらに、該複数の比較的大きい光量を有する部分光束の通過する複数の小レンズが前記所定の行方向に沿ってそれぞれ異なる位置に所定の量だけずれて配置されており、
前記反射ミラーは、さらに、前記複数の比較的大きい光量を有する部分光束の反射する複数の反射部に区分けされ、該複数の反射部で反射した部分光束の光路がそれぞれ前記所定の行方向に前記所定の量だけそれぞれずれるように段差を有していることが好ましい。
【００３８】
上述したように、部分光束の光量が比較的大きい部分光束によって形成される暗線の暗度は比較的大きいため、暗線が目立ちやすい。このような部分光束の被照明領域上を通過する角度が互いに同じであると、投写される画像に形成される暗線がより目立ちやすくなる。したがって、上記のようにすれば、このような比較的光量の大きい部分光束を互いに異なった角度で被照明領域上を通過させることができる。
【００３９】
また、上記各場合において、
前記第２のレンズアレイの複数の小レンズのうちで、前記所定の行方向に沿ってほぼ並ぶ複数行の小レンズが複数の組に組分けされ、
同じ組の小レンズは、前記所定の行方向の同じ位置に配置され、
異なる組の小レンズは、前記所定の行方向の互いに異なる位置に配置されているようにしてもよい。
【００４０】
このようにしても、列方向に沿ってほぼ並ぶ１列の部分光束のうち、異なる組の小レンズを通過した部分光束毎に被照明領域上を通過する角度が異なるので、列方向に沿ってほぼ並ぶ１列の部分光束によって色光合成手段の中心軸がほぼ同じ位置に投影されるのを防止できる。この結果、投写される画像に形成される暗線を目立ちにくくすることが可能である。
【００４１】
このとき、前記複数の組は、それぞれの組を通過する部分光束の光量の総和がほぼ等しくなるように組分けされていることが好ましい。
【００４２】
それぞれの組を通過するの部分光束の光量の総和が異なると、それぞれの組を通過する部分光束によって投影される色光合成手段の中心軸に相当する暗線の暗度もそれぞれ異なる。これらの暗線を目立たなくすることが本発明の目的であるが、相対的な比較による光の識別能力は比較的高いため、暗線の暗度が異なることは、暗線を目立たなくさせるという意味からはあまり好ましくない。それぞれの組の部分光束の光量の総和が等しければ、それぞれの組の部分光束による暗線の暗度を等しくすることができる。
【００４３】
また、上記各場合において、
前記複数の部分光束のそれぞれについて、前記第１のレンズアレイから前記第２のレンズアレイまでの光学距離が互いに等しくなるように、前記第１のレンズアレイと前記第２のレンズアレイの複数の小レンズの位置が調整されていることが好ましい。
【００４４】
このようにすれば、複数の部分光束のそれぞれが第２のレンズアレイを効率よく通過することができるため、照明光学系の光の利用効率を向上させることができる。
【００４５】
上記各場合において、
前記小レンズの行方向の所定のずれ量は、前記小レンズの行方向の幅の約１／２または２／３であり、
前記反射ミラーの段差は、前記小レンズの行方向の幅の約√２／４または√２／３であることが好ましい。
【００４６】
このようにすれば、ある行の小レンズを通過する部分光束によって発生する暗線間隔のちょうど中間位置に、その行に対してずれて配置されている行の小レンズを通過する部分光束による暗線を発生させることができる。
【００４７】
また、上記各場合において、
前記第２のレンズアレイの出射面側に、さらに、
前記第１のレンズアレイおよび前記第２のレンズアレイの複数の小レンズを通過する複数の部分光束を、前記光変調手段上の照明位置でほぼ重畳結合する重畳結合レンズと、
前記第２のレンズアレイと前記重畳結合手段との間に設けられた偏光変換素子と、を備え、
前記偏光変換素子は、互いに平行な偏光分離膜と反射膜の複数の組を有し、前記第２のレンズアレイの複数の小レンズを通過した複数の部分光束をそれぞれ２種類の直線偏光成分に分離する偏光ビームスプリッタアレイと、
前記偏光ビームスプリッタアレイで分離された前記２種類の直線偏光成分の偏光方向を揃える偏光変換手段と、を備えるようにしてもよい。
【００４８】
このようにすれば、ランダムな偏光光を有する照明光を一種類の直線偏光光に変換して利用できるので、光の利用効率を高めることができる。
【００４９】
上記変更変換素子を備える場合には、
前記小レンズの行方向の所定のずれ量は、前記小レンズの行方向の幅の約１／４または１／３であり、
前記反射ミラーの段差は、前記小レンズの行方向の幅の約√２／８または√２／６であることがこのましい。
【００５０】
第２のレンズアレイから出射した光束は、偏光変換素子の偏光分離膜から出射する直線偏光光と、反射膜から出射する行方向にずれた直線偏光光に変換される。すなわち、偏光変換素子を備える場合には、行方向の部分光束の間隔は、偏光変換素子を備えない場合に対して１／２となる。したがって、上記のようにすれば、ある行の小レンズを通過する部分光束によって発生する暗線間隔のちょうど中間位置に、その行に対してずれて配置されている行の小レンズを通過する部分光束による暗線を発生させることができる。
【００５１】
第２の発明は、投写型表示装置であって、
第１の発明による照明光学系と、
前記被照明領域としての光入射面をそれぞれ有し、前記３色の光を与えられた画像信号に基づいてそれぞれ変調する３組の光変調手段と、
前記照明光を３色の光に分離するとともに、前記３組の光変調手段により変調された３色の光を合成して出射する色光分離合成手段と、
を備え、
前記色光分離合成手段は、Ｘ字状に配置された２種類のダイクロイック膜を備え、前記ダイクロイック膜が互いに交差する位置に相当する中心軸を前記所定の列方向に沿って有すことを特徴とする。
【００５２】
第１の発明による照明光学系を投写型表示装置に用いることによって、第１の発明と同様に、投射された画像に形成される暗線を目立たなくすることができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図５は、この発明の第１実施例としての投写型表示装置の要部を示す概略平面図である。なお、以下の説明では、光の進行方向をｚ方向、光の進行方向（ｚ方向）からみて３時の方向をｘ方向、１２時の方向をｙ方向とする。この投写型表示装置は、照明光学系１００と、ダイクロイックミラー２１０，２１２と、反射ミラー２１８，２２２，２２４と、入射側レンズ２３０と、リレーレンズ２３２と、３枚のフィールドレンズ２４０，２４２，２４４と、３枚の液晶ライトバルブ（液晶パネル）２５０，２５２，２５４と、クロスダイクロイックプリズム２６０と、投写レンズ系２７０とを備えている。
【００５４】
照明光学系１００は、ほぼ平行な光束を出射する光源１１０と、第１のレンズアレイ１２０と、段付き反射ミラー１６０と、第２のレンズアレイ１３０と、重畳レンズ１５０とを備えている。照明光学系１００は、被照明領域である３枚の液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４をほぼ均一に照明するためのインテグレータ光学系である。
【００５５】
光源１１０は、放射状の光線を出射する放射光源としての光源ランプ１１２と、光源ランプ１１２から出射された放射光をほぼ平行な光線束として出射する凹面鏡１１４とを有している。凹面鏡１１４としては、放物面鏡を用いることが好ましい。
【００５６】
図６は、第１のレンズアレイ１２０の外観を示す斜視図である。第１のレンズアレイ１２０は略矩形状の輪郭を有する小レンズ１２２が直交マトリクス状にＭ行×Ｎ列配列された構成を有している。小レンズ１２２は、光学的中心と幾何学的中心が同じである同心レンズである。ここで、ｘ方向がレンズアレイの行方向、ｙ方向が列方向に対応している。この例では、Ｍ＝６，Ｎ＝４のレンズアレイを示している。第１のレンズアレイ１２０の各小レンズ１２２をｚ方向から見た外形形状は、液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４の表示領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。この実施例では、小レンズ１２２のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）は４：３に設定されている。第２のレンズアレイ１３０の構成および機能については後述する。
【００５７】
図５に示すように、第１のレンズアレイ１２０は、光源１１０の光路上に配置され、第２のレンズアレイ１３０および重畳レンズ１５０は、第１のレンズアレイ１２０にほぼ垂直な方向をむいて配置されている。第１のレンズアレイ１２０は、光源１１０からの出射光を複数の部分光束に分割するとともに、各部分光束を集光させる機能を有している。第２のレンズアレイ１３０は、各部分光束の中心軸をシステム光軸ＳＣ（本実施例では、光源光軸ＬＣに等しい）にほぼ平行に揃える機能を有している。段付き反射ミラー１６０は、第１のレンズアレイ１２０から出射した部分光束が、第２のレンズアレイ１３０を通過するように、反射する機能を有している。なお、段付き反射ミラー１６０の構成および機能については後述する。重畳レンズ１５０は、第２のレンズアレイから出射したシステム光軸ＳＣに平行な中心軸を有する複数の部分光束を集光して、所定の被照明領域（すなわち液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４）で重畳させる機能を有する。また、フィールドレンズ２４０，２４２，２４４は、照明領域を照明する各部分光束をそれぞれの中心軸に平行な光束に変換する機能を有する。この結果、各液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４は、ほぼ均一に照明される。
【００５８】
２枚のダイクロイックミラー２１０，２１２は、本発明の色光分離合成手段のうち、重畳レンズ１５０で集光された白色光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する色光分離手段としての機能を有する。第１のダイクロイックミラー２１０は、照明光学系１００から出射された白色光束の赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１のダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光は、反射ミラー２１８で反射され、フィールドレンズ２４０を通って赤光用の液晶ライトバルブ２５０に達する。このフィールドレンズ２４０は、第２のレンズアレイ１３０から出射された各部分光束をその中心軸に対して平行な光束に変換する。他の液晶ライトバルブの前に設けられたフィールドレンズ２４２，２４４も同様である。第１のダイクロイックミラー２１０で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー２１２によって反射され、フィールドレンズ２４２を通って緑光用の液晶ライトバルブ２５２に達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー２１２を透過し、入射側レンズ２３０、リレーレンズ２３２および反射ミラー２２２，２２４を備えたリレーレンズ系を通り、さらにフィールドレンズ２４４を通って青色光用の液晶ライトバルブ２５４に達する。なお、青色光にリレーレンズ系が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ２３０に入射した部分光束をそのまま、出射側レンズ２４４に伝えるためである。
【００５９】
３枚の液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４は、与えられた画像情報（画像信号）に従って、３色の色光をそれぞれ変調して画像を形成する光変調手段としての機能を有する。この液晶ライトバルブは、通常、実際に色光を変調する液晶パネルと、その入／出射面に備える偏光板とで構成されている。クロスダイクロイックプリズム２６０は、色光分離合成手段のうち、３色の色光を合成してカラー画像を形成する色光合成手段としての機能を有する。なお、クロスダイクロイックプリズム２６０の構成は、図２０および図２１で説明したものと同じである。すなわち、クロスダイクロイックプリズム２６０には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム２６０で生成された合成光は、投写レンズ系２７０の方向に出射される。投写レンズ系２７０は、この合成光を投写スクリーン３００上に投写して、カラー画像を表示する投写光学系としての機能を有する。
【００６０】
さて、図５に示す第１実施例の投写型表示装置は、先に概説した第２のレンズアレイ１３０と段付き反射ミラー１６０の構成に特徴がある。図７は、第２のレンズアレイ１３０を示す正面図である。この図は光の進行方向（ｚ方向）からみた図である。以下の説明では、レンズアレイの上側を基準に第１，第２，第３…行目とする。ｚ方向からみて左側を基準に第１，第２，第３…列目とする。第２のレンズアレイ１３０は、図６に示した第１のレンズアレイ１２０の小レンズ１２２のそれぞれに対応するように、小レンズ１３２がマトリクス状にＭ行×Ｎ列（Ｍ＝６，Ｎ＝４）配列された構成を有している。ただし、第２のレンズアレイ１３０の上部１３０ｕ（第１行目から第３行目まで）は、ｙ方向に伸びる中心線Ｌｙ（光源光軸ＬＣを含むｙ方向中心線）に対してずれ量ｄ３で−ｘ方向にずれた位置に配置されている。また、下部１３０ｄ（第４行目から第６行目まで）は、中心線Ｌｙに対してずれ量ｄ４で＋ｘ方向にずれた位置に配置されている。したがって、上部１３０ｕに対する下部１３０ｄの相対的なずれ量ｄ２は、中心線Ｌｙを基準としたずれ量ｄ３とずれ量ｄ４の和に等しい。このようなレンズアレイは、２つのレンズアレイをずらして配置することにより実現可能である。ただし、通常は、型成形によって一体成形される場合が多い。
【００６１】
図８は、段付き反射ミラー１６０の構成を示す正面図（Ａ）、底面図（Ｂ）および側面図（Ｃ）である。この段付き反射ミラー１６０は、平坦なメインミラー１６２の上に、１つのサブミラー１６４を貼り付けたものである。サブミラー１６４は、メインミラー１６２のほぼ半分の大きさで厚さｈを有している。このサブミラー１６４は、第２のレンズアレイ１３０の下部１３０ｄを通過するべき部分光束が反射する位置に対応して、メインミラー１６２のほぼ中心から下端まで水平に貼り付けられている。これらのミラーは、全反射ミラー、または、熱エネルギーを透過させるコールドミラーで構成することができる。さらに、熱エネルギーだけでなく、紫外線を透過させる機能を持たせても良い。このような熱エネルギー、紫外線を透過させる機能を段付き反射ミラー１６０に持たせることにより、液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４に通常設けられている偏光板等の熱や紫外線による劣化を低減することができる。
【００６２】
図９は、第１のレンズアレイ１２０と第２のレンズアレイ１３０と段付き反射ミラー１６０との関係を示す説明図である。説明を容易にするため、第２のレンズアレイ１３０の任意の列における、上部１３０ｕの一つの小レンズ１３２ｕと下部１３０ｄの一つの小レンズ１３２ｄと、これらに対応する第１のレンズアレイ１２０の小レンズ１２２と、段付き反射ミラー１６０のみを拡大して示している。また、小レンズ１３２ｕを通過する部分光束を代表してその中心軸Ｌ１３２ｕを実線で、小レンズ１３２ｄを通過する部分光束を代表してその中心軸Ｌ１３２ｄを破線で示している。なお、１点鎖線は、反射ミラーを段付き反射ミラーとせずに通常の反射ミラーとした場合に、小レンズ１２２から出射してその通常の反射ミラーの仮想的な反射面１６０Ｍで反射する部分光束の中心軸Ｌ１３２を示している。以下、この仮想的な反射面（中心反射面）１６０Ｍおよび中心軸Ｌ１３２を基準に説明する。また、小レンズ１２２から段付き反射ミラー１６０までの中心軸Ｌ１３２ｕ，Ｌ１３２ｄが中心軸Ｌ１３２に対してｘ方向に若干ずれているが、これらの中心軸を明確にするためにずらして描かれているだけであり、実際にはほとんどずれが無い。
【００６３】
第１のレンズアレイ１２０と第２のレンズアレイ１３０とは図５でも示したように互いに直交する向きにそれぞれ配置されている。段付き反射ミラー１６０は、第１のレンズアレイ１２０から出射した部分光束が第２のレンズアレイ１３０を通過するように、その反射面が第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０側に面すとともに、それらの入／出射面に対してほぼ４５度の傾きを有して配置されている。また段付き反射ミラー１６０の中心反射面１６０Ｍからメインミラー１６２の反射面までの距離はｈ１、中心反射面１６０Ｍからサブミラー１６４までの距離はｈ２である。このとき、第１のレンズアレイ１２０の小レンズ１２２から出射した部分光束の中心軸Ｌ１３２ｕ，Ｌ１３２ｄのうち、部分光束の中心軸Ｌ１３２ｄは、サブミラー１６４の反射面で反射して、距離ｈ２の√２倍だけ中心軸Ｌ１３２に対して＋ｘ方向にずれることになる。一方、部分光束の中心軸Ｌ１３２ｕの光路には、サブミラー１６４は存在していないので、そのまま直進する。そして、メインミラー１６２の反射面で反射して、距離ｈ１の√２倍だけ中心軸Ｌ１３２に対して−ｘ方向にずれることになる。中心軸Ｌ１３２に対する部分光束の中心軸Ｌ１３２ｕ，１３２ｄのずれは、図７で示した第２のレンズアレイ１３０の上部１３０ｕおよび下部１３０ｄの中心線Ｌｙに対するずれ量ｄ３，ｄ４にほぼ等しい。そして、図７に示す第２のレンズアレイ１３０の中心線Ｌｙの位置を、中心軸Ｌ１３２の位置と一致するように調整すれば、これらの部分光束の中心軸Ｌ１３２ｕ，Ｌ１３２ｄは、上部小レンズ１３２ｕ、下部小レンズ１３２ｄの中心をそれぞれ通過するようにすることができる。この結果、第１のレンズアレイ１２０から出射した部分光束のほぼ全てを第２のレンズアレイ１３０に有効に導くことができる。
【００６４】
ところで、部分光束の中心軸Ｌ１３２ｕ，Ｌ１３２ｄの中心軸Ｌ１３２に対するずれ量は、サブミラー１６４の厚さｈに依存して変化する。この関係は、幾何学的に簡単に求めることができる。例えば、部分光束の中心軸Ｌ１３２ｕ，Ｌ１３２ｄの中心軸Ｌ１３２に対するずれ量を、第２のレンズアレイ１３０の上部１３０ｕおよび下部１３０ｄの中心線Ｌｙに対するずれ量ｄ３，ｄ４とすると、以下に示す関係式が成立する。
【００６５】

【００６６】
ここで、ｈ１は、中心反射面１６０Ｍに対するメインミラー１６２の反射面までの距離である。ｈ２は、中心反射面１６０Ｍに対するサブミラー１６４の反射面までの距離である。また、距離ｄ２は、第２のレンズアレイ１３０の上部１３３ｕと下部１３３ｄとの相対的なずれ量である。すなわち、段付き反射ミラー１６０のサブミラー１６４の厚さｈは、第２のレンズアレイ１３０の上部１３３ｕと下部１３３ｄとの相対的なずれ量ｄ２、または、上部１３０ｕおよび下部１３０ｄの中心線Ｌｙに対するずれ量ｄ３，ｄ４から、上式（１）によって求めることができる。
【００６７】
図１０は、第１実施例における第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０および段付き反射ミラー１６０の機能を示す説明図である。図１０は、第２のレンズアレイ１３０の上部１３０ｕにおける第３行目の小レンズ１３２ｕおよび下部１３０ｄにおける第４行目の小レンズ１３２ｄを通過する光束の光路を示している。なお、第１行目と第２行目の小レンズを通過する光束の光路は、第３行目の小レンズを通過する光束の光路とｘｚ平面上に示される光路としては同じである。また、上から第５行目と第６行目の小レンズを通過する光束の光路も、第４行目の小レンズを通過する光束の光路とｘｚ平面上に示される光路としては同じである。なお、説明を容易にするため、図１０では、第２のレンズアレイ１３０の上から第３行目の小レンズ１３２ｕのうち第１列目（図７参照）の小レンズ１３２ｕを通過する部分光束Ｌ３４の軌跡を示している。また、上から第４行目の小レンズ１３２ｄのうち第１列目の小レンズ１３２ｄを通過する部分光束Ｌ４４の軌跡を示している。また、光源部１１０からクロスダイクロイックプリズム２６０までの光路上の主要部のみを示している。なお、第２のレンズアレイ１３０の第４行目（点線）は、わかりやすくするために、ｚ方向に少しずらして示している。また、第２のレンズアレイ１３０と重畳レンズ１５０も、わかりやすくするために離して示している。
【００６８】
第１のレンズアレイ１２０の第３行目で第４列目の小レンズ１２２によって分割された部分光束Ｌ３４は、段付き反射ミラー１６０のメインミラー１６２で反射して第２のレンズアレイ１３０の第３行目で第１列目の小レンズ１３２ｕを通過し、重畳レンズ１５０に入射する。また、第１のレンズアレイ１２０の第４行目で第４列目の小レンズ１２２によって分割された部分光束Ｌ４４は、ｘｚ平面上に示される部分光束Ｌ３４の光路とほぼ同じ光路を通過し（図では、ｘ方向に少しずらして示されている）、段付き反射ミラー１６０のサブミラー１６４で反射する。反射後の部分光束Ｌ４４は、部分光束Ｌ３４の光路に対して＋ｘ方向にずれた光路を通過して第２のレンズアレイ１３０の第４行目で第１列目の小レンズ１３２ｄを通過し、重畳レンズ１５０に入射する。重畳レンズ１５０に入射した部分光束Ｌ３４およびＬ４４は、その集光作用によって液晶ライトバルブ２５２（被照明領域）上のほぼ同じ位置を照明する。このとき、２つの部分光束Ｌ３４，Ｌ４４は、それらの中心軸Ｌ３４ｃｌ，Ｌ４４ｃｌが液晶ライトバルブ２５２内の光変調部すなわち液晶パネル２５２ａの中心を通過するように直進して、クロスダイクロイックプリズム２６０に入射する。
【００６９】
ここで、中心軸Ｌ３４ｃｌおよび中心軸Ｌ４４ｃｌのシステム光軸ＳＣに対する角度を入射角度θ３４，θ４４とする。このとき、部分光束Ｌ３４およびＬ４４は、第２のレンズアレイ１３０から出射して重畳レンズ１５０のｘ方向のそれぞれ異なった位置に入射する。したがって、液晶パネル２５２ａに入射する際の部分光束Ｌ３４の中心軸Ｌ３４ｃｌの入射角度θ３４と部分光束Ｌ４４の中心軸Ｌ４４ｃｌの入射角度θ４４とが互いに異なることになる。図１０の例では、θ３４＞θ４４となる。この結果、部分光束Ｌ３４の中心軸Ｌ３４ｃｌと部分光束Ｌ４４の中心軸Ｌ４４ｃｌとは、クロスダイクロイックプリズム２６０の中心軸２６２に対して異なる位置をそれぞれ通過する。先に、第１，第２の原理として述べたように、液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４上に重畳される部分光束の角度が異なれば、クロスダイクロイックプリズム２６０の中心軸２６２に対する位置が異なることになり、投写スクリーン３００上に暗線の形成される位置も異なることになる。このとき、同じ列方向で分割されたＭ個の部分光束（本実施例では第１のレンズアレイ１２０のうちの１列によって分割された部分光束）による暗線は、第２のレンズアレイ１３０の上部１３０ｕと下部１３０ｄに対応して２ヶ所に分離される。よって、本実施例によれば、同じ列方向で分割されたＭ個の部分光束のそれぞれによって形成される暗線が、１ヶ所に集中することがなく、暗線を目立ちにくくすることが可能である。
【００７０】
次に、第２のレンズアレイ１３０における上部１３０ｕと下部１３０ｄのずらし量について説明する。図１１は、第２のレンズアレイ１３０の上部１３０ｕにおける第３行目の小レンズ１３２ｕおよび下部１３０ｄにおける第４行目の小レンズ１３２ｄを通過した部分光束がクロスダイクロイックプリズム２６０内を通過する様子を示す説明図である。なお、説明を容易にするために必要のない部分は省略している。図に示された実線は、第３行目の第１列目〜第４列目の小レンズ１３２ｕを通過した部分光束の中心軸Ｌ３１ｃｌ〜Ｌ３４ｃｌを示している。また、図に示された点線は、第４行目の第１列目〜第４列目の小レンズ１３２ｄを通過した部分光束の中心軸Ｌ４１ｃｌ〜Ｌ４４ｃｌを示している。第３行目の小レンズ１３２ｕを通過した部分光束の中心軸Ｌ３１ｃｌ〜Ｌ３４ｃｌは、液晶パネル２５２ａの中心を通過してクロスダイクロイックプリズム２６０に入射し、クロスダイクロイックプリズム２６０の中心軸２６２を含み液晶ライトバルブ２５２に平行な中心平面２６４上の異なる点Ｐ３１〜Ｐ３４を通過する。このとき、暗線発生の原理で説明したように、第３行目の各列の小レンズ１３２ｕを通過した部分光束によって発生する暗線は、これらの各通過点と中心軸２６２との間隔にほぼ比例したピッチで発生する。一方、第４行目の各列の小レンズ１３２ｄを通過した各部分光束の中心軸Ｌ４１ｃｌ〜Ｌ４４ｃｌも、液晶パネル２５２の中心を通過してクロスダイクロイックプリズム２６０に入射し、中心平面２６４上の異なる点Ｐ４１〜Ｐ４４を通過する。ここで、図１０で説明したように、第４行目の各小レンズ１３２ｄを通過した各部分光束の中心軸の液晶パネル２５２ａへの入射角度が、第３行目の各小レンズ１３２ｕを通過した各部分光束の中心軸の入射角度と異なるため、中心平面２６４上の点Ｐ４１〜Ｐ４４は、点Ｐ３１〜Ｐ３４からずれることになる。
【００７１】
上述したように、暗線を目立ちにくくするためには、各部分光束による暗線が重ならないことが好ましい。例えば、中心軸Ｌ４２ｃｌの入射角度が中心軸Ｌ３２ｃｌの入射角度と等しくなることはもちろんのこと、中心軸Ｌ３１ｃｌの入射角度と等しくなり、他の列の部分光束による暗線と重なることも好ましくない。したがって、第２のレンズアレイ１３０の上部１３０ｕと下部１３０ｄとを、点Ｐ４１〜Ｐ４４が、点Ｐ３１〜Ｐ３４の各間隔の中間に位置するようにずらす必要がある。ずらし量が少なすぎたり、多すぎたりすると、例えば、ずらしすぎると、他の点と重なってしまうため注意が必要である。特に、できる限り暗線間隔をあけることが好ましく、点Ｐ４１〜Ｐ４４が、点Ｐ３１〜Ｐ３４の間隔のちょうど中央に位置するようにずらすとよい。例えば、図７に示した第２のレンズアレイ１３０のずらし量ｄ２を小レンズ１３２ｄ，１３２ｕのｘ方向の幅ｄ１の１／２とすることが好ましい。こうすれば、点Ｐ４１〜Ｐ４４が、点Ｐ３１〜Ｐ３４のちょうど中間となるようにすることができる。
【００７２】
本実施例における第２のレンズアレイ１３０の各ずらし量ｄ２，ｄ３，ｄ４および段付き反射ミラー１６０の厚さｈ，ｈ１，ｈ２の好ましい関係をまとめると以下のようになる。なお、段付き反射ミラー１６０の厚さｈ，ｈ１，ｈ２については、上記（１）式により求めることができる。
【００７３】
ｄ２＝ｄ１／２，
ｈ＝（ｄ１／２）／√２，
ｄ３＝ｄ４＝ｄ２／２，
ｈ１＝ｈ２＝（ｄ２／２）／√２ …（２）
但し、ｄ１は小レンズのｘ方向の幅である。
【００７４】
なお、本実施例においては、上記（２）式のずらし量ｄ２と小レンズのｘ方向の幅ｄ１との関係が重要であり、必ずしもずらし量ｄ３とｄ４を等しくする必要はない。
【００７５】
ところで、第１のレンズアレイ１２０から段付き反射ミラー１６０および第２のレンズアレイ１３０を経由して液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４に至る光学的距離に着目すると、第２のレンズアレイ１３０の上部１３０ｕを通過する部分光束と下部１３０ｄを通過する部分光束とでは、段付き反射ミラー１６０の段差（サブミラー１６４の厚み）に対応する光学的距離（２√２×ｈ）だけ異なっている。したがって、厳密には、この光学的距離の差に対応させて、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０の上部と下部を構成する小レンズの特性、例えば焦点距離やｚ方向での配置位置等をそれぞれ調整することが望ましい。しかしながら、実際には、この光学的距離の差はわずかであり、これに対応する調整量もわずかである。したがって、これらを無視して、液晶ライトバルブを照明する照明光学系を構成しても、ほとんど問題とはならない。そこで、上記実施例においては、これらの調整を無視している。また、以下に示す実施例においても同様である。
【００７６】
Ｂ．第２実施例：
図１２は、この発明の第２実施例としての投写型表示装置の要部を示す概略平面図である。第２実施例は、第２のレンズアレイ１３０Ａと重畳レンズ１５０との間に偏光変換素子１４０を設けた照明光学系１００Ａを用いた点が異なっている。他の構成要素は、第１実施例と同じである。また、照明光学系１００Ａから出射される照明光が所定の偏光光である点に違いがあるが、装置としての基本的な機能は同じである。以下では、第１実施例と異なる機能について説明する。
【００７７】
図１３は、第２のレンズアレイ１３０Ａと偏光変換素子１４０をｚ方向からみた正面図である。図１３（Ａ）に示した第２のレンズアレイ１２０の位置は、光源光軸ＬＣを含むｙ方向中心線Ｌｙを基準にして示している。また図１３（Ｂ）に示した偏光変換素子１４０の位置は、システム光軸ＳＣを含むｙ方向中心線Ｓｙを基準に示している。これらの２本の中心線Ｌｙ，Ｓｙは、ｘ方向に距離ｄ５Ａだけずれている。なお、ｘ方向中心線ＬｘおよびＳｘは、図示の便宜上、第２のレンズアレイ１３０および偏光変換素子１４０の各正面図ごとに示されているが、実際には、同じｙ方向位置で重なっている。すなわち、光源光軸ＬＣとシステム光軸ＳＣとは、ｙ方向位置は同じでｘ方向位置がずれ量ｄ５Ａだけ異なっている。中心線Ｌｙは、第２のレンズアレイ１３０のｙ方向中心線に等しい。また、中心線Ｓｙは、偏光変換素子１４０のｙ方向中心線に等しい。
【００７８】
図１３（Ａ）に示すように、第２のレンズアレイ１３０Ａの上部１３０Ａｕ（第１行目から第３行目まで）は、中心線Ｌｙに対してずれ量ｄ３Ａで−ｘ方向にずれた位置に配置されている。また、下部１３０Ａｄ（第４行目から第６行目まで）は、中心線Ｌｙに対してずれ量ｄ４Ａで＋ｘ方向にずれた位置に配置されている。したがって、上部１３０Ａｕに対する下部１３０Ａｄの相対的なずれ量ｄ２Ａは、中心線Ｌｙを基準としたずれ量ｄ３Ａとずれ量ｄ４Ａの和に等しい。一方、偏光変換素子１４０は、図１３（Ｂ）に示すように、第２のレンズアレイ１３０Ａにおけるずれに対応するように、その上部と下部が中心線Ｓｙに対してそれぞれ−ｘ方向および＋ｘ方向にずれて配置されている。
【００７９】
図１４は、偏光変換素子１４０の構成を示す説明図である。この偏光変換素子１４０は、図１４（Ａ）の斜視図に示すように、偏光ビームスプリッタアレイ１４１と、選択位相差板１４２とを備えている。ただし、第２のレンズアレイ１３０に対応するように第１行目から第３行目までに相当する偏光変換素子と、第４行目から第６行目までに相当する偏光変換素子とが、ｙ方向中心線Ｓｙに対してそれぞれ−ｘ方向および＋ｘ方向にずれて配置されている。偏光ビームスプリッタアレイ１４１は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性板材１４３が、交互に貼り合わされた形状を有している。透光性板材１４３の界面には、偏光分離膜１４４と反射膜１４５とが交互に形成されている。なお、この偏光ビームスプリッタアレイ１４１は、偏光分離膜１４４と反射膜１４５が交互に配置されるように、これらの膜が形成された複数枚の板ガラスを貼り合わせて、所定の角度で斜めに切断することによって作製される。
【００８０】
図１４（Ｂ）に示すように、第２のレンズアレイ１３０Ａを通過したランダムな偏光方向を有する光は、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４の部分に入射され、偏光分離膜１４４でｓ偏光光とｐ偏光光とに分離される。ｐ偏光光は、偏光分離膜１４４をそのまま透過する。一方、ｓ偏光光は、偏光分離膜１４４で反射され、さらに反射膜１４５で反射されて、偏光分離膜１４４をそのまま透過したｐ偏光光とほぼ平行な状態で出射される。選択位相差板１４２は、偏光分離膜１４４を通過する光の出射面部分にはλ／２位相差層１４６が形成されており、反射膜１４５で反射された光の出射面部分にはλ／２位相差層が形成されていない光学素子である。従って、偏光分離膜１４４を透過したｐ偏光光は、λ／２位相差層１４６によってｓ偏光光に変換されて出射する。この結果、偏光変換素子１４０に入射したランダムな偏光方向を有する光束は、ほとんどｓ偏光光に変換されて出射する。なお、偏光変換素子１４０に入射した光束のうち、ほぼ半分の光束は同じｘ方向位置から出射し、他の半分は−ｘ方向に偏光分離膜１４４のｘ方向の幅Ｗｐ（なお、反射膜１４５のｘ方向の幅と偏向分離膜１４４のｘ方向の幅は互いに等しい）だけずれた位置から出射する。つまり、偏光変換素子１４０に入射した光束は、入射した光束の間隔を保って出射されるｓ偏光光束と、その間隔の半分Ｗｐだけ−ｘ方向にずれて出射されるｓ偏光光束とに変換されることになる。もちろん反射膜１４５で反射される光の出射面部分だけに選択位相差板１４２のλ／２位相差層１４６を形成することにより、偏光変換素子１４０から出射する光束をほとんどｐ偏光とすることもできる。
【００８１】
再び図１３に基づいて説明する。偏光変換素子１４０のｙ方向中心線Ｓｙは、第２のレンズアレイ１３０Ａのｙ方向中心線Ｌｙからずれ量ｄ５Ａだけ−ｘ方向にずれている。このずれ量ｄ５Ａは、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４のｘ方向の幅Ｗｐの半分Ｗｐ／２にほぼ等しい（なお、反射膜１４５のｘ方向の幅と偏向分離膜１４４のｘ方向の幅は互いに等しい）。図１４で説明したように、偏光変換素子１４０に入射した光束の半分はそのまま通過し、他の半分は膜の幅Ｗｐだけ−ｘ方向にずれた位置から出射される。ここで、偏光変換素子１４０から出射されるこの２つの光束をひとまとまりの光束として扱うと、偏光変換素子１４０を光束が通過することによって、光束の中心位置は、−ｘ方向にＷｐ／２だけずれることになる。偏光変換素子１４０のｙ方向中心線Ｓｙと、第２のレンズアレイ１３０Ａのｙ方向中心線Ｌｙのずれ量ｄ５Ａは、このような偏光変換素子１４０の入射光束と出射光束の中心のずれに対応している。このように、偏光変換素子１４０を位置決めすれば、第２のレンズアレイ１３０Ａの各小レンズの中心が偏光分離膜１４４のｘ方向の中心にほぼ一致する。したがって各小レンズを通過した分割光束を、偏光分離膜１４４のほぼ中心に入射させることができ、第２のレンズアレイ１３０Ａを通過した分割光束を効率よく利用することができる。
【００８２】
また、前述した第１の実施例（図５）においては、第２のレンズアレイ１３０の対応する小レンズ１３２（１３２ｕ，１３２ｄ）内に光源１１０の光源像を結像するように第１のレンズアレイ１２０の小レンズ１２２による部分光束が集光されていたが、第２実施例では、偏光変換素子１４０において第２のレンズアレイ１３０Ａから出射された各部分光束を有効に利用するために、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４（図１４）上に光源像を結像するように第１のレンズアレイ１２０を設定することが好ましい。また、第１のレンズアレイ１２０から偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４までの光学的距離は、第２のレンズアレイ１３０の上部１３０ｕを通過する部分光束と下部１３０ｄを通過する部分光束とでは、段付き反射ミラー１６０の段差に対応する光学的距離だけ異なっている。したがって、この光学的距離の差に対応させて、少なくとも、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０および偏光変換素子１４０の上部と下部を構成する小レンズおよび偏光変換素子のｚ方向での配置位置をそれぞれ調整することが好ましい。ただし、実際には、この光学的距離の差はわずかであり、これに対応する調整量もわずかである。したがって、これらを無視て、照明光学系を構成しても、ほとんど問題とならない。そこで、上記実施例においては、第１実施例と同様にこれらの調整を無視している。
【００８３】
さて、第２実施例と第１実施例の違いは、第２のレンズアレイ１３０Ａと重畳レンズアレイ１５０との間に偏光変換素子１４０が配置されていることである。上述したように、偏光変換素子１４０は、第２のレンズアレイ１３０Ａから入射した光束を所定の偏光光に揃えるとともに、偏光変換素子１４０に入射した光束の中心位置に対して、偏光変換素子１４０から出射する光束の中心位置を入射した光束の間隔の半分の間隔Ｗｐ／２だけ−ｘ方向にずらす機能を有している。したがって、第１実施例に対して第２実施例では、重畳レンズ１５０に入射する部分光束のうち同じ行方向の部分光束の間隔が１／２になり、また、部分光束の数が２倍になったものとみなすことができる。よって、第２実施例も、第１実施例と同様に、同じ列方向で分割されたＭ個の部分光束による暗線は、第２のレンズアレイ１３０Ａの上部１３０Ａｕと下部１３０Ａｄに対応して２ヶ所に分離される。すなわち、同じ列方向で分割されたＭ個の部分光束のそれぞれによって形成される暗線が、１ヶ所に集中することがなく、暗線を目立ちにくくすることが可能である。
【００８４】
次に、第２のレンズアレイ１３０Ａにおける上部１３０Ａｕと下部１３０Ａｄのずらし量について説明する。第１実施例でも説明したように、暗線を目立ちにくくするためには、各部分光束による暗線が重ならないことが好ましく、できる限り暗線間隔をあけることが望ましい。すなわち、第２実施例においても、第２のレンズアレイ１３０Ａの上部１３０Ａｕを通過する部分光束による暗線間隔のちょうど中間に下部１３０Ａｄを通過する部分光束の暗線が形成されるようにすることが好ましい。但し、第２実施例においては、偏光変換素子１４０の存在によって、行方向における部分光束の実効的な間隔は、上述のように第１実施例の部分光束の行方向における間隔の１／２である。したがって、図１３に示した第２のレンズアレイ１３０Ａの上部１３０Ａｕと下部１３０Ａｄの相対的なずらし量ｄ２Ａは、小レンズ１３２Ａのｘ方向の幅ｄ１Ａの１／２のさらに１／２に（すなわちｄ１Ａ／４に）設定されることが好ましい。こうすれば、上部１３０Ａｕの部分光束による暗線間隔のちょうど中間の位置に下部１３０Ａｄの暗線を形成することができる。
【００８５】
第２実施例における第２のレンズアレイ１３０Ａ、偏光変換素子１４０の各ずらし量ｄ２Ａ，ｄ３Ａ，ｄ４Ａ，ｄ５Ａおよび段付き反射ミラー１６０の厚さｈＡ，ｈ１Ａ，ｈ２Ａの好ましい関係をまとめると以下のようになる。なお、段付き反射ミラー１６０の厚さｈＡ，ｈ１Ａ，ｈ２Ａについては、（１）式に示す厚さｈ、ｈ１，ｈ２をそれぞれ厚さｈＡ，ｈ１Ａ，ｈ２Ａに置き換えることにより求めることができる。
【００８６】
ｄ２Ａ＝（ｄ１Ａ／２）／２，ｄ５Ａ＝（ｄ１Ａ／２）／２，
ｈＡ＝（（ｄ１Ａ／２）／２）／√２，
ｄ３Ａ＝ｄ４Ａ＝ｄ２Ａ／２，
ｈ１Ａ＝ｈ２Ａ＝（ｄ２Ａ／２）／√２ …（３）
但し、ｄ１Ａは小レンズのｘ方向の幅である。
【００８７】
なお、第２実施例においても、上記（３）式のずらし量ｄ２Ａと小レンズのｘ方向の幅ｄ１Ａとの関係が重要であり、必ずしもずらし量ｄ３Ａとｄ４Ａとを等しくする必要はない。
【００８８】
Ｃ．第３実施例：
図１５は、第３実施例における第２のレンズアレイ１３０Ｂおよび偏光変換素子１４０Ｂをｚ方向からみた正面図である。第３実施例は、第２実施例に対して、第２のレンズアレイ、偏光変換素子および段付き反射ミラーの構成を変更した例である。
【００８９】
第２のレンズアレイ１３０Ｂは、その奇数行が中心線Ｌｙに対して−ｘ方向にずれ量ｄ３Ｂだけずれて配置され、偶数行が中心線Ｌｙに対してずれ量ｄ４Ｂだけ＋ｘ方向にずれて配置されている。奇数行に対する偶数行のずれ量ｄ２Ｂは、中心線Ｌｙを基準としたずれ量ｄ３Ｂおよびｄ４Ｂの和に等しい。
【００９０】
偏光変換素子１４０Ｂは、第２のレンズアレイ１３０Ｂにおけるずれに対応するように、その奇数行と偶数行とが中心線Ｓｙに対してそれぞれ−ｘ方向と＋ｘ方向とにずれて配置されている。また、第２のレンズアレイ１３０Ｂの各小レンズの中心が偏光分離膜１４４のｘ方向の中心にほぼ一致するように、中心線Ｓｙは、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４あるいは反射膜１４５のｘ方向の幅Ｗｐの半分にほぼ等しいずれ量ｄ５Ｂだけ中心線Ｌｙから−ｘ方向にずれている。
【００９１】
図１６は、段付き反射ミラー１６０Ｂの構成を示す正面図（Ａ）、底面図（Ｂ）および側面図（Ｃ）である。この段付き反射ミラー１６０Ｂは、平坦なメインミラー１６２Ｂの上に、３枚のサブミラー１６４Ｂを貼り付けたものである。サブミラー１６４Ｂは、第２のレンズアレイ１３０Ｂの偶数行に対応する大きさで厚さｈＢを有している。３枚のサブミラー１６４Ｂは、第２のレンズアレイ１３０Ｂの偶数行を通過するべき部分光束が反射する位置に水平に貼り付けられている。
【００９２】
第３実施例においても、第２実施例の場合と同様に、第２のレンズアレイ１２０Ｂの奇数行を通過した部分光束と偶数行を通過した部分光束をｘ方向で相対的にずらすことができる。これにより、液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４に入射する部分光束の入射角度が奇数行を通過する部分光束と偶数行を通過する部分光束とで異なることになる。したがって、同じ列方向に並ぶ部分光束によって形成される暗線を、奇数行の部分光束による暗線と偶数行の部分光束による暗線とに分離することができるので、暗線を目立ちにくくすることができる。
【００９３】
また、第３実施例は、以下のような効果も有する。図１７は、光軸からの距離（ｙ方向位置）に対する光源部１１０から出射する光束の光量の関係を示す説明図である。光源部１１０から出射する光は、ランプ光源１１２の光軸中心近傍が最も明るく、光軸中心から離れるに従って暗くなる。但し、上下（または左右）対称な分布であるとは限らない。例えば、第２、５行目の明るさを中ぐらいと仮定すると、第３、４行目の明るさは大きく、第１、６行目は小さくなる。そこで、本実施例では、図１５に示すように、第１行目と第３行目と第５行目のレンズおよび偏光変換素子を第１組とし、第２行目と第４行目と第６行目のレンズおよび偏光変換素子を第２組として組分けし、第１組と第２組をｘ方向で異なる位置にずらして配置しているとみることもできる。この結果、ほぼ等しい暗さの暗線が２ヶ所に分離して形成されるため、単に暗線が２ヶ所に分離して形成され、それぞれの暗線の暗さが異なる場合よりも暗線を目立ちにくくすることが可能となる。なお、組分けは、奇数行と偶数行の組に限定されず、各組の部分光束の光量の総和がほぼ等しくなるようにできればよい。例えば、２組ではなく３組の組分けでもよい。また、上下方向で光源の光量変化が対称であれば、第２実施例や第３実施例のように、複数の組同士が、上下の中心に対して互いに対称な位置に配置されるようにすればよい。すなわち、第２のレンズアレイは、同じ列方向に沿って並ぶ複数行の小レンズを、複数の組に組分けし、同じ組の小レンズを行方向の同じ位置に配置し、異なる組の小レンズを行方向の異なる位置に配置するようにすればよい。このとき、それぞれの組を通過する部分光束の総和がほぼ等しくなるように組分けすることが好ましい。
【００９４】
なお、第２実施例と第３実施例は、同じ列に並ぶ部分光束によって発生する暗線を２ヶ所に分離する点においては同じである。但し、第２実施例の方が、第３実施例に比べて、第１と第２のレンズアレイおよび偏光変換素子の構成が簡単であるという利点を有する。
【００９５】
第１，第２実施例でも説明したように、暗線を目立ちにくくするためには、各部分光束による暗線が重ならないことが好ましく、できる限り暗線間隔をあけることが望ましい。そこで、第３実施例においても、図１５に示した第３のレンズアレイ１３０Ｂの偶数行と奇数行のずらし量ｄ２Ｂは、小レンズ１３２Ｂのｘ方向の幅ｄ１Ｂの１／２のさらに１／２に（すなわちｄ１Ｂ／４に）設定されることが好ましい。こうすれば、奇数行を構成する小レンズの部分光束による暗線間隔のちょうど中間の位置に偶数行を構成する小レンズの部分光束による暗線が形成されるようにすることができる。第３実施例における第２のレンズアレイ１３０Ｂ、偏光変換素子１４０Ｂの各ずらし量ｄ２Ｂ，ｄ３Ｂ，ｄ４Ｂ，ｄ５Ｂおよび段付き反射ミラー１６０Ｂの厚さｈＢ，ｈ１Ｂ，ｈ２Ｂの好ましい関係をまとめると以下のようになる。なお、段付き反射ミラー１６０Ｂの厚さｈＢ，ｈ１Ｂ，ｈ２Ｂについては、（１）式に示す厚さｈ、ｈ１，ｈ２をそれぞれ厚さｈＢ，ｈ１Ｂ，ｈ２Ｂに置き換えることにより求めることができる。
【００９６】
ｄ２Ｂ＝（ｄ１Ｂ／２）／２，ｄ５Ｂ＝（ｄ１Ｂ／２）／２，
ｈＢ＝（（ｄ１Ｂ／２）／２）／√２，
ｄ３Ｂ＝ｄ４Ｂ＝ｄ２Ｂ／２，
ｈ１Ｂ＝ｈ２Ｂ＝（ｄ２Ｂ／２）／√２ …（４）
但し、ｄ１Ｂは小レンズのｘ方向の幅である。
【００９７】
なお、第３実施例においても、上記（４）式のずらし量ｄ２Ｂと小レンズのｘ方向の幅ｄ１Ｂとの関係が重要であり、必ずしもずらし量ｄ３Ｂとｄ４Ｂとを等しくする必要はない。
【００９８】
なお、第３実施例は、偏光変換素子１４０Ｂを備える投写型表示装置を例に説明しているが、第２実施例に対する第１実施例の関係と同様に、偏光変換素子１４０Ｂを備えない場合にも本発明を適用することが可能である。この場合には、第３実施例において偏光変換素子１４０Ｂの反射膜１４５による部分光束が存在しない状態と実質的に等価であり、図１５に示した第２のレンズアレイ１３０Ｂのずらし量ｄ２Ｂを小レンズ１３２Ｂ（１３２Ｂａ，１３２Ｂｂ）のｘ方向の幅ｄ１Ｂの１／２とすればよい。偏光変換素子１４０Ｂを備えない場合における第２のレンズアレイ１３０Ｂの各ずらし量ｄ２Ｂ，ｄ３Ｂ，ｄ４Ｂおよび段付き反射ミラー１６０Ｂの厚さｈＢ，ｈ１Ｂ，ｈ２Ｂの好ましい関係をまとめると以下のようになる。
【００９９】
ｄ２Ｂ＝ｄ１Ｂ／２，
ｈＢ＝（ｄ１Ｂ／２）／√２，
ｄ３Ｂ＝ｄ４Ｂ＝ｄ２Ｂ／２，
ｈ１Ｂ＝ｈ２Ｂ＝（ｄ２Ｂ／２）／√２ …（５）
但し、ｄ１Ｂは小レンズのｘ方向の幅である。
【０１００】
Ｄ．第４実施例：
図１８は、第４実施例における第２のレンズアレイ１３０Ｃおよび偏光変換素子１４０Ｃをｚ方向からみた正面図である。第４実施例も、第２実施例に対して、第２のレンズアレイ、偏光変換素子および段付き反射ミラーの構成を変更した例である。
【０１０１】
第２のレンズアレイ１３０Ｃは、その第３行目が中心線Ｌｙに対して−ｘ方向にずれ量ｄ３Ｃだけずれて配置され、第４行目が中心線Ｌｙに対して＋ｘ方向にずれ量ｄ４Ｃだけずれて配置されている。第３行目に対する第４行目のずれ量ｄ２Ｃは中心線Ｌｙを基準としたずれ量ｄ３Ｃおよびｄ４Ｃの和である。
【０１０２】
偏光変換素子１４０Ｃは、第２のレンズアレイ１３０Ｃにおけるずれに対応するように、その第３行目と第４行目が中心線Ｓｙに対してそれぞれ＋ｘ方向および−ｘ方向にずれて配置されている。また、第２のレンズアレイ１３０Ｃの各小レンズの中心が偏光分離膜１４４のｘ方向の中心にほぼ一致するように、中心線Ｓｙは、偏光変換素子１４０Ｃの偏光分離膜１４４あるいは反射膜１４５のｘ方向の幅Ｗｐの半分にほぼ等しいずれ量ｄ５Ｃだけ中心線Ｌｙから−ｘ方向にずれている。
【０１０３】
図１９は、段付き反射ミラー１６０Ｃの構成を示す正面図（Ａ）、底面図（Ｂ）および側面図（Ｃ）である。この段付き反射ミラー１６０Ｃは、平坦なメインミラー１６２Ｃの上に、３枚のサブミラー１６４Ｃ，１６６Ｃ，１６８Ｃを貼り付けたものである。サブミラー１６４Ｃは、第２のレンズアレイ１３０Ｃの第１行目および第２行目に対応する大きさで厚さｈ１Ｃを有している。サブミラー１６６Ｃは、第２のレンズアレイ１３０Ｃの第５行目および第６行目に対応する大きさで厚さｈ１Ｃを有している。サブミラー１６８Ｃは、第２のレンズアレイ１３０Ｃの第４行目に対応する大きさで厚さｈＣ（＝ｈ１Ｃ＋ｈ２Ｃ）を有している。各サブミラーは、それぞれ対応する行の部分光束を反射する。
【０１０４】
第４実施例においても、第２，第３実施例の場合と同様に、第２のレンズアレイ１３０Ｃの第３行目を通過する部分光束と第４行目を通過する部分光束とその他の行を通過する部分光束をｘ方向で相対的にずらすことができる。したがって、同じ列方向に並ぶ部分光束によって形成される暗線を、第３行目の部分光束による暗線と第４行目の部分光束による暗線とその他の行による暗線の３つに分離することができるので、暗線を目立ちにくくすることができる。なお、使用される光源の光源光軸中心の光量が特に強く、かつ中心から離れると弱いような場合には、光源光軸中心付近の部分光束によって発生した暗線のみが特に目立ちやすい。このような場合には、光源光軸中心付近の部分光束により発生する暗線が重ならないようにしてやればよい。第４実施例は、このような場合に有効な実施例である。
【０１０５】
第１ないし第３実施例でも説明したように、暗線を目立ちにくくするためには、各部分光束による暗線が重ならないことが好ましく、できる限り暗線間隔をあけることが望ましい。本実施例においては、同じ列の第３行目と第４行目の部分光束による暗線は、他の行の部分光束による暗線に対して±ｘ方向にずれて形成される。したがって、図１８に示すずらし量ｄ３Ｃ，ｄ４Ｃの設定値によっては、隣の列の第４行目または第３行目の部分光束による暗線と重なってしまう場合がある。そこで、特に、第３行目および第４行目を除く他の行の部分光束によって形成される暗線間隔を、第３行目の部分光束による暗線と第４行目の部分光束による暗線とでほぼ３等分するようにすることが好ましい。これを達成するには、図１８に示した第２のレンズアレイ１３０Ｃの第３行目と第４行目のずらし量ｄ２Ｃを、小レンズ１３２Ｃのｘ方向の幅ｄ１Ｃの１／３に設定すればよい。こうすれば、第３行目と第４行目およびこれらを除く他の行の部分光束によって形成される暗線間隔がほぼ均等間隔とすることができ、最も暗線間隔を離すことができる。第４実施例における第２のレンズアレイ１３０Ｃ、偏光変換素子１４０Ｃの各ずらし量ｄ２Ｃ，ｄ３Ｃ，ｄ４Ｃ，ｄ５Ｃおよび段付き反射ミラー１６０Ｃの厚さｈＣ，ｈ１Ｃ，ｈ２Ｃの好ましい関係をまとめると以下のようになる。なお、段付き反射ミラー１６０Ｃの厚さｈＣ，ｈ１Ｃ，ｈ２Ｃについては、（１）式に示す厚さｈ、ｈ１，ｈ２をそれぞれ厚さｈＣ，ｈ１Ｃ，ｈ２Ｃに置き換えることにより求めることができる。
【０１０６】
ｄ２Ｃ＝ｄ１Ｃ／３，ｄ３Ｃ＝ｄ４Ｃ＝ｄ２Ｃ／２，
ｄ５Ｃ＝ｄ１Ｃ／４，
ｈＣ＝（ｄ１Ｃ／３）／√２，
ｈ１Ｃ＝ｈ２Ｃ＝（ｄ２Ｃ／２）／√２， …（６）
但し、ｄ１Ｃは小レンズのｘ方向の幅である。
【０１０７】
なお、第４実施例においても、上記（６）式のずらし量ｄ３Ｃとｄ４Ｃとを必ずしも等しくする必要はない。しかしながら、第３実施例は、第２のレンズアレイ１３０Ｃの第３行目を通過する部分光束と、第４行目を通過する部分光束と、それ以外の行を通過する部分光束とで、暗線を互いに分離する場合の一例である。したがって、第３行目と第４行目との関係を示すずれ量ｄ２Ｃだけでなく、他の行と第３行目あるいは第４行目との関係を示すずれ量ｄ３Ｃあるいはｄ４Ｃも重要である。
【０１０８】
また、第４実施例も、偏光変換素子１４０Ｃを備える投写型表示装置を例に説明しているが、第２実施例に対する第１実施例の関係と同様に、偏光変換素子１４０Ｃを備えない場合にも本発明を適用することが可能である。この場合には、第４実施例において偏光変換素子１４０Ｃの反射膜１４５による部分光束が存在しない状態と実質的に等価であり、図１８に示した第２のレンズアレイ１３０Ｃのずらし量ｄ２Ｃを小レンズ１３２Ｃのｘ方向の幅ｄ１Ｃの２／３とすればよい。偏光変換素子１４０Ｃを備えない場合における第２のレンズアレイ１３０Ｃの各ずらし量ｄ２Ｃ，ｄ３Ｃ，ｄ４Ｃおよび段付き反射ミラー１６０Ｃの厚さｈＣ，ｈ１Ｃ，ｈ２Ｃの好ましい関係をまとめると以下のようになる。
【０１０９】
ｄ２Ｃ＝ｄ１Ｃ×（２／３），ｄ３Ｃ＝ｄ４Ｃ＝ｄ２Ｃ／２，
ｈＣ＝（ｄ１Ｃ×（２／３））／√２，
ｈ１Ｃ＝ｈ２Ｃ＝（ｄ２Ｃ／２）／√２， …（７）
但し、ｄ１Ｃは小レンズのｘ方向の幅である。
【０１１０】
ところで、本発明の実施例を第１ないし第４実施例によって説明してきたが、これらの実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１１１】
（１）第２のレンズアレイは、各行毎に、または、行方向の区分線に沿って区分された複数の領域毎に、行方向のすべて異なった位置にずらすことも可能である。また、１つの行または１つの領域のみを行方向の異なった位置にずらすことも可能である。さらに、上記実施例では、光源からの光束をマトリクス状の複数の光束に分割していたが、本発明は、少なくともほぼ１列に並ぶ複数の光束に分割する場合にも適用することができる。すなわち、第２のレンズアレイの少なくとも同じ列方向に並ぶ複数行の小レンズのうち、少なくとも１つの行の小レンズを、他の行の小レンズから所定の量だけ行方向にずれた位置に配置すればよい。このとき、このずれた第２の小レンズに、第１のレンズアレイから出射された光束がうまく入射することが望ましい。このためには、例えば、第１と第２のレンズアレイとの間に配置された反射ミラーは、少なくとも１つの行の小レンズを通過すべき部分光束の反射面と他の行の小レンズを通過すべき部分光束の反射面とに段差を設けて、反射後の光路が行方向に互いにずれるようにすればよい。このとき、第２の小レンズを通過した部分光束の被照明領域に入射する入射角度は他の小レンズを通過した部分光束の入射角度とは異なることになる。これによって、クロスダイクロイックプリズムの中心軸に対する部分光束の位置が、少なくとも１つの行の小レンズを通過した部分光束と他の行の小レンズを通過した部分光束とで異なることになって暗線の発生位置を分離することができる。したがって、クロスダイクロイックプリズムに起因して発生する暗線を目立ちにくくすることができる。
【０１１２】
（２）上記実施例では、透過型の投写型表示装置に本発明を適用した場合の例について説明したが本発明は、反射型の投写型表示装置にも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶ライトバルブ等の光変調手段が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、光変調手段が光を反射するタイプであることを意味している。反射型の投写型表示装置では、クロスダイクロイックプリズムは、白色光を赤、緑、青の３色の光に分離する色光分離手段として利用されると共に、変調された３色の光を再度合成して同一の方向に出射する色光合成手段としても利用される。反射型の投写型表示装置にこの発明を適用した場合にも、透過型の投写型表示装置とほぼ同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】クロスダイクロイックプリズムを用いた投写型表示装置にインテグレータ光学系を採用した場合の、暗線発生原理を説明する図。
【図２】第１と第２のレンズアレイ１，２の外観を示す斜視図。
【図３】図１（Ａ−１）の一部拡大図、及び、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５を含むｘｙ平面における断面図。
【図４】２つのレンズアレイ１，２のＮ列目の小レンズを通過した部分光束が投写スクリーン７上に投写される様子を示す概念図。
【図５】この発明の第１実施例としての投写型表示装置の要部を示す概略平面図。
【図６】第１のレンズアレイ１２０の外観を示す斜視図。
【図７】第２のレンズアレイ１３０を示す正面図。
【図８】段付き反射ミラー１６０の構成を示す正面図（Ａ）、底面図（Ｂ）および側面図（Ｃ）。
【図９】第１のレンズアレイ１２０と第２のレンズアレイ１３０と段付き反射ミラー１６０との関係を示す説明図。
【図１０】第１実施例における第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０および段付き反射ミラー１６０の機能を示す説明図。
【図１１】第２のレンズアレイ１３０の第３行目と第４行目に対応する部分光束がクロスダイクロイックプリズム２６０内を通過する様子を示す説明図。
【図１２】この発明の第２実施例としての投写型表示装置の要部を示す概略平面図。
【図１３】第２のレンズアレイ１３０Ａと偏光変換素子１４０をｚ方向からみた正面図。
【図１４】偏光変換素子１４０の構成を示す説明図。
【図１５】第３実施例における第２のレンズアレイ１３０Ｂおよび偏光変換素子１４０Ｂをｚ方向からみた正面図。
【図１６】段付き反射ミラー１６０Ｂの構成を示す正面図（Ａ）、底面図（Ｂ）および側面図（Ｃ）。
【図１７】光軸からの距離に対する光源部１１０から出射する光束の光量の関係を示す説明図。
【図１８】第４実施例における第２のレンズアレイ１３０Ｃおよび偏光変換素子１４０Ｃをｚ方向からみた正面図。
【図１９】段付き反射ミラー１６０Ｃの構成を示す正面図（Ａ）、底面図（Ｂ）および側面図（Ｃ）。
【図２０】投写型表示装置の要部を示す概念図。
【図２１】クロスダイクロイックプリズム４８の一部を分解した斜視図。
【図２２】クロスダイクロイックプリズム４８を利用した場合の問題点を示す説明図。
【符号の説明】
１…第１のレンズアレイ
２…第２のレンズアレイ
３…液晶ライトバルブ
４…クロスダイクロイックプリズム
５…中心軸
６…投写レンズ系
７…投写スクリーン
８…部分光束の断面
９…投写領域
１０…小レンズ
１１…部分光束の断面８の一方の端
１２…部分光束の断面８の他方の端
１３…投写領域９の一方の端
１４…投写領域９の他方の端
４２，４４，４６…液晶ライトバルブ
４８…クロスダイクロイックプリズム
４８ａ…中心軸
５０…投写レンズ系
５２…投写スクリーン
６０Ｂ…青色光反射膜
６０Ｒ…赤色光反射膜
６２…光学接着剤層
１００…照明光学系
１００Ａ…照明光学系
１１０…光源
１１２…光源ランプ
１１４…凹面鏡
１２０…第１のレンズアレイ
１２２…小レンズ
１３０…第２のレンズアレイ
１３０Ａ…第２のレンズアレイ
１３０Ａｄ…下部
１３０Ａｕ…上部
１３０Ｂ…第２のレンズアレイ
１３０Ｃ…第２のレンズアレイ
１３０ｄ…下部
１３０ｕ…上部
１３２…小レンズ
１３２Ａｕ，１３２Ａｄ…小レンズ
１３２ｄ…小レンズ
１３２ｕ…小レンズ
１４０…偏光変換素子
１４０Ｂ…偏光変換素子
１４０Ｃ…偏光変換素子
１４１…偏光ビームスプリッタアレイ
１４２…選択位相差板
１４３…透光性板材
１４４…偏光分離膜
１４５…反射膜
１４６…λ／２位相差層
１５０…重畳レンズ
１６０…段付き反射ミラー
１６０Ｂ…段付き反射ミラー
１６０Ｃ…段付き反射ミラー
１６０Ｍ…仮想的な反射面（中心反射面）
１６２Ｂ…メインミラー
１６２Ｃ…メインミラー
１６４…サブミラー
１６４…メインミラー
１６４Ｂ…サブミラー
１６４Ｃ…サブミラー
１６６Ｃ…サブミラー
１６８Ｃ…サブミラー
２１０，２１２…ダイクロイックミラー
２１８，２２２，２２４…反射ミラー
２３０…入射側レンズ
２３２…リレーレンズ
２４０，２４２…フィールドレンズ
２４４…出射側レンズ（フィールドレンズ）
２５０，２５２，２５４…液晶ライトバルブ
２５２ａ…液晶パネル
２６０…クロスダイクロイックプリズム
２６２…中心軸
２６４…中心平面
２７０…投写レンズ系
３００…投写スクリーン

Claims (12)

1. 照明光を出射する照明光学系であって、
   光源から出射される光束を複数の部分光束に分割するためにマトリクス状に配置された複数の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
   入射された前記複数の部分光束を反射する反射ミラーと、
   前記反射ミラーで反射された前記複数の部分光束のそれぞれの光路上に対応する複数の小レンズを有する第２のレンズアレイとを備え、
   前記第２のレンズアレイは、所定の列方向にそってほぼ並ぶ少なくとも１列の小レンズのうち少なくとも１つの行の小レンズが他の行の小レンズから所定の行方向に所定の量だけずれた位置に配置されており、
   前記反射ミラーは、前記少なくとも１つの行の小レンズを通過すべき部分光束の反射する少なくとも１つの反射部と前記他の行の小レンズを通過すべき部分光束の反射する他の反射部とに区分けされ、該少なくとも１つの反射部で反射した部分光束と該他の反射部で反射した部分光束の光路とが前記所定の行方向に前記所定の量だけずれるように段差を有していることを特徴とする
   照明光学系。
2. 請求項１記載の照明光学系であって、
   前記第２のレンズアレイは、前記所定の行方向に沿った少なくとも１本の区分線によって、複数の領域に区分されており、前記複数の領域の少なくとも一部の領域が他の領域から前記所定の行方向に所定の量だけずれた位置に配置されており、
   前記反射ミラーは、前記少なくとも１部の領域を通過すべき部分光束の反射する少なくとも１つの反射部と前記他の領域を通過すべき部分光束の反射する他の反射部とに区分けされ、該少なくとも１つの反射部で反射した部分光束と該他の反射部で反射した部分光束の光路とが前記所定の行方向に前記所定の量だけずれるように段差を有していることを特徴とする
   照明光学系。
3. 請求項１記載の照明光学系であって、
   前記第２のレンズアレイは、前記所定の列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも１列の小レンズのうち、奇数行の小レンズと偶数行の小レンズとが、前記所定の行方向に交互に異なる位置に所定の量だけずれて配置されており、
   前記反射ミラーは、前記奇数行の小レンズを通過すべき部分光束の反射する奇数行反射部と前記偶数行の小レンズを通過すべき部分光束の反射する偶数行反射部とに区分けされ、該奇数行反射部で反射した部分光束と該偶数行反射部で反射した部分光束の光路とが前記所定の行方向に前記所定の量だけずれるように段差を有していることを特徴とする
   照明光学系。
4. 請求項１記載の照明光学系であって、
   前記第２のレンズアレイは、前記所定の列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも１列の小レンズのうち、該少なくとも１列の小レンズを通過した部分光束のうちで比較的大きい光量を有する部分光束が通過する少なくとも１つの小レンズが、前記所定の行方向に沿って他の小レンズとは異なる位置に所定の量だけずれて配置されており、
   前記反射ミラーは、前記少なくとも１つの小レンズを通過すべき部分光束の反射する少なくとも１つの反射部と前記他の小レンズを通過すべき部分光束の反射する他の反射部とに区分けされ、該少なくとも１つの反射部で反射した部分光束と該他の反射部で反射した部分光束の光路とが前記所定の行方向に前記所定の量だけずれるように段差を有していることを特徴とする
   照明光学系。
5. 請求項４記載の照明光学系であって、
   前記比較的大きい光量を有する部分光束が前記所定の列方向に沿って複数存在する場合には、さらに、該複数の比較的大きい光量を有する部分光束の通過する複数の小レンズが前記所定の行方向に沿ってそれぞれ異なる位置に所定の量だけずれて配置されており、
   前記反射ミラーは、さらに、前記複数の比較的大きい光量を有する部分光束の反射する複数の反射部に区分けされ、該複数の反射部で反射した部分光束の光路がそれぞれ前記所定の行方向に前記所定の量だけそれぞれずれるように段差を有していることを特徴とする
   照明光学系。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の照明光学系であって、
   前記第２のレンズアレイの複数の小レンズのうちで、前記所定の列方向に沿ってほぼ並ぶ複数行の小レンズが複数の組に組分けされ、
   同じ組の小レンズは、前記所定の行方向の同じ位置に配置され、
   異なる組の小レンズは、前記所定の行方向の互いに異なる位置に配置されていることを特徴とする
   照明光学系。
7. 前記複数の組は、それぞれの組を通過する部分光束の光量の総和がほぼ等しくなるように組分けされていることを特徴とする請求項６記載の照明光学系。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の照明光学系であって、
   前記複数の部分光束のそれぞれについて、前記第１のレンズアレイから前記第２のレンズアレイまでの光学距離が互いに等しくなるように、前記第１のレンズアレイと前記第２のレンズアレイの複数の小レンズの位置が調整されていることを特徴とする
   照明光学系。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の照明光学系であって、
   前記小レンズの行方向の所定のずれ量は、前記小レンズの行方向の幅の約１／２または２／３であり、
   前記反射ミラーの段差は、前記小レンズの行方向の幅の約√２／４または√２／３であることを特徴とする
   照明光学系。
10. 請求項１ないし請求項８のいずれか記載の照明光学系であって、
    前記第２のレンズアレイの出射面側に、さらに、
    前記第１のレンズアレイおよび前記第２のレンズアレイの複数の小レンズを通過する複数の部分光束を、前記光変調手段上の照明位置でほぼ重畳結合する重畳結合レンズと、
    前記第２のレンズアレイと前記重畳結合手段との間に設けられた偏光変換素子と、を備え、
    前記偏光変換素子は、互いに平行な偏光分離膜と反射膜の複数の組を有し、前記第２のレンズアレイの複数の小レンズを通過した複数の部分光束をそれぞれ２種類の直線偏光成分に分離する偏光ビームスプリッタアレイと、
    前記偏光ビームスプリッタアレイで分離された前記２種類の直線偏光成分の偏光方向を揃える偏光変換手段と、を備えることを特徴とする
    照明光学系。
11. 請求項１０記載の照明光学系であって、
    前記小レンズの行方向の所定のずれ量は、前記小レンズの行方向の幅の約１／４または１／３であり、
    前記反射ミラーの段差は、前記小レンズの行方向の幅の約√２／８または√２／６であることを特徴とする
    照明光学系。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の照明光学系と、
    前記被照明領域としての光入射面をそれぞれ有し、前記３色の光を与えられた画像信号に基づいてそれぞれ変調する３組の光変調手段と、
    前記照明光を３色の光に分離するとともに、前記３組の光変調手段により変調された３色の光を合成して出射する色光分離合成手段と、
    を備え、
    前記色光分離合成手段は、Ｘ字状に配置された２種類のダイクロイック膜を備え、前記ダイクロイック膜が互いに交差する位置に相当する中心軸を前記所定の列方向に沿って有すことを特徴とする
    投写型表示装置。

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