JP3677936B2 - 照明光学系、およびこれを用いた投写型表示装置 - Google Patents
照明光学系、およびこれを用いた投写型表示装置 Download PDFInfo
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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２２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２３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２４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２４（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２４（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と第２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１０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１０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５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１０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１０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に対す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１０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。従って、このＭ個の小レンズ１０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１０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１０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１０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、
光源と、
前記光源から出射される光束を複数の部分光束に分割する光束分割手段と、
前記複数の部分光束を所定の直線偏光光に変換して出力する偏光変換素子と、前記複数の部分光束が、それぞれ被照明領域上の所定の照明位置を照明するように重畳結合する重畳レンズと、
前記偏光変換素子と前記重畳レンズの間に設けられた、所定の第１の方向に沿ってほぼ並ぶ複数の部分光束の少なくとも１列の部分光束のうち、少なくとも２つの部分光束の少なくとも一方の部分光束の照明位置が前記所定の照明位置から前記第１の方向にほぼ垂直な第２の方向に沿って異なった位置となるように、少なくとも前記一方の部分光束の光路を偏向させる光路偏向手段と、
を備え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、与えられた画像信号に基づいて３色の光をそれぞれ変調する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、該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、前記３組の光変調手段により変調された３色の光を合成して同一方向に出射する色光合成手段と、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、被照明領域は投写型表示装置の光変調手段の光入射面に相当し、所定の第１の方向は色光合成手段の中心軸と平行な方向である。このような投写型表示装置では、通常、光束分割手段で分割された複数の部分光束のうちで、第１の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、被照明領域上のほぼ同じ所定の照明位置を通過して、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の発明においては、１列の部分光束のうち、少なくとも１つの部分光束の照明位置が、光路偏向手段によって第２の方向に対して所定の照明位置と異なるので、上記第１の原理に基づき、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】
第１の発明において、
前記光路偏向手段は、前記１列の部分光束のうち比較的大きい光量の複数の部分光束の照明位置が、前記所定の照明位置から互いに異なった位置となるように、前記複数の部分光束の少なくとも一部を偏向させることが好ましい。
【００３２】
部分光束の光量が比較的大きい部分光束、すなわち、光強度が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、このような部分光束による照明位置が同じであると、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。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による照明位置が互いに異なる位置となるので、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できる。
【００３３】
また、上記第１の発明において、
前記光路偏向手段は、前記１列の複数の部分光束の光路を、それぞれ異なった方向に偏向させるように、前記１列の複数の部分光束の少なくとも一部を偏向させることも好ましい。
【００３４】
このようにしても、一列の複数の部分光束による照明位置を互いに異なるようにでき、１列の複数の部分光束によって色光合成手段の中心軸が互いに異なった位置に投影される。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、
前記光路偏向手段は、
前記１列の部分光束は複数の組に組分けされ、
同一の組に含まれる部分光束は同じ照明位置を照明し、
異なる組の部分光束は異なる照明位置を照明するように、
前記１列の部分光束の少なくとも一部を偏向させるようにすることも好ましい。
【００３６】
このようにしても、１列の部分光束による照明領域が、異なる組の部分光束による照明領域毎に第２の方向に対して異なるようにでき、１列の部分光束の異なる組毎に、色光合成手段の中心軸が互いに異なった位置に投影される。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】
このとき、前記複数の組は、それぞれの組に含まれ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。
【００３８】
それぞれの組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。
【００３９】
上記各場合において、
前記光路偏向手段は、入射面が前記第１および第２の方向を含む平面に平行な平面を有し、出射面が前記入射面に対して所定の角度を有する変角プリズムを含むようにしてもよい。また、前記光路偏向手段は、光路の偏向方向が異なる複数の変角プリズムを含むようにしてもよい。
【００４０】
変角プリズムは、その入射面に対する出射面の角度によって、これに入射した光束の光路の偏向量を簡単に変化させることが可能である。したがって、この変角プリズムを適用すれば、種々の光路偏向量を有する光路偏向手段を簡単に構成することができる。
【００４１】
第２の発明は、
照明光を出射する照明光学系であって、
光源と、
前記光源から出射される光束を複数の部分光束に分割する光束分割手段と、
偏光分離面と反射面の複数の組を有し、前記複数の部分光束をそれぞれ２種類の直線偏光光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向方向を揃える偏光変換手段とを有し、前記複数の部分光束を所定の直線偏光光に変換して出力する偏光変換素子と、
前記複数の部分光束が、それぞれ被照明領域上の所定の照明位置を照明するように重畳結合する重畳レンズと、
を備え、
前記偏光変換素子は、
所定の第１の方向に沿ってほぼ並ぶ複数の部分光束の少なくとも１列の部分光束のうち、少なくとも１つの部分光束に対応する組中の前記反射面は、前記組中の前記偏光分離面および前記１列の他の部分光束に対応する他の組中の前記偏光分離面に対して異なった傾きを有していることを特徴とする。
【００４２】
上記構成において、１列の部分光束のうち、少なくとも１つの部分光束に対応する組中の反射面が、その組中の偏光分離面および他の部分光束に対応する他の組中の偏光分離面に対して異なった傾きを有しているので、異なった傾きを有している反射面から出射する部分光束による照明位置が、他の部分光束による照明位置と異なることになる。したがって、上記第１の原理に基づき、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。
なお、所定の第１の方向に沿ってほぼ並ぶ複数の部分光束の少なくとも１列の部分光束のうち、少なくとも１つの部分光束に対応する組中の偏光分離面が、その組中の反射面および他の部分光束に対応する他の組中の反射面に対して異なった傾きを有しているようにしてもよい。
【００４３】
第３の発明は、投写型表示装置であって、
第１の発明または第２の発明による照明光学系と、
前記照明光を、３色の光に分離する色光分離手段と、
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、
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第１の方向に沿って有し、
前記３組の光変調手段により変調された３色の光を合成して同一方向に出射する色光合成手段と、
前記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、
を備えることを特徴とする。
【００４４】
第１の発明あるいは第２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の発明あるいは第２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。
【００４５】
【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。
【００４６】
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、第２のレンズアレイ１３０と、光路偏向手段１８０と、重畳レンズ１５０と、反射ミラー１６０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。
【００４７】
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。
【００４８】
第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０は、光束分割手段としての機能を有している。そのうち、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。また、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に平行に揃える機能を有している。また、偏光変換素子１４０は、入射された光束を所定の直線偏光光に変換する機能を有している。光路偏向手段１８０は、入射された部分光束のうち少なくとも一部の部分光束の光路を偏向させる機能を有している。なお、光路偏向手段１８０の詳細は後述する。さらに、重畳レンズ１５０は、システム光軸に平行な中心軸を有する複数の部分光束を、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。
【００４９】
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Ｍ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。この例では、Ｍ＝６，Ｎ＝４である。また、第２のレンズアレイ１３０は、第１のレンズアレイ１２０の小レンズ１２２に対応するように、小レンズがＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。各小レンズ１２２は、光源１１０（図５）から出射された光束を複数の（すなわちＭ×Ｎ個の）部分光束に分割し、各部分光束を第２のレンズアレイ１３０の近傍で結像させる。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。
【００５０】
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に平行に揃える機能を有している。光源部１１０から出射される光束がシステム光軸に平行な平行光であれば、第１のレンズアレイ１２０の小レンズ１２２から出射される部分光束もその中心軸がシステム光軸に平行であるため、第２のレンズアレイ１３０を省略することができる。しかし、光源１１０から、光の中心軸がシステム光軸に対してある角度をもった光が出射されると、小レンズ１２２から出射される部分光束の中心軸もシステム光軸に平行ではない。このような傾いた中心軸を有する部分光束は、本来照明すべき所定の領域、すなわち、液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４を照明することができない場合がある。このことは、投写型表示装置において、光の利用効率を低下させることになる。第２のレンズアレイ１３０は、このような光の中心軸がシステム光軸に対してある角度をもった部分光束が小レンズ１３２に入射された場合に、その中心軸をシステム光軸に平行となるように変換し、光の利用効率を向上させる。
【００５１】
図７は、偏光変換素子１４０（図５）の構成を示す説明図である。この偏光変換素子１４０は、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。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。
【００５２】
第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０を通過した光は、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、ｓ偏光光の偏光分離膜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をそのまま通過したｐ偏光光とほぼ並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、ほとんどがｓ偏光光に変換されて出射する。もちろん反射膜１４５で反射される光の出射面部分にだけ選択位相差板１４２のλ／２位相差層１４６を形成することにより、ｐ偏光光に変換して出射することもできる。
【００５３】
なお、図７（Ａ）から解るように、偏光変換素子１４０から出射する２つのｓ偏光光の中心（２つのｓ偏光光の中央）は、入射するランダムな光束（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）の中心よりもｘ方向にずれている。このずれ量は、λ／２位相差層１４６の幅Ｗｐ（すなわち偏光分離膜１４４のｘ方向の幅）の半分に等しい。このため、図５に示すように、光源１１０の光軸（２点鎖線で示す）は、偏光変換素子１４０以降のシステム光軸（一点鎖線で示す）から、Ｗｐ／２に等しい距離Ｌだけずれた位置に設定されている。
【００５４】
図５に示す投写型表示装置において、光源１１０から出射された平行光束は、インテグレータ光学系を構成する第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０によって、複数の部分光束に分割される。第１のレンズアレイ１２０の各小レンズ１２２から出射された部分光束は、小レンズ１２２の集光作用によって偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４の近傍で光源１１０の光源像が形成されるように集光される。また、既に説明したように、偏光変換素子１４０に入射した部分光束は、偏光分離膜１４４および反射膜１４５によって、２つの偏光光に変換（分離）される。したがって、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４上に２次光源像が形成されるとともに、実効的には反射膜１４５上にも２次光源像が形成されているとほぼみなすことができる。つまり、偏光変換素子１４０内には、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０を通過した部分光束の数の２倍の２次光源像が、偏光分離膜１４４上および反射膜１４５上の対応する各位置に形成される。
【００５５】
重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０内に形成された２次光源像の位置から出射された部分光束を重畳させて、被照明領域である液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４に集光させる重畳光学系としての機能を有する。また、反射ミラー１６０は、重畳レンズ１５０から出射された光束をダイクロイックミラー２１０の方向に反射する機能を有するが、装置の構成によっては、必ずしも必要とされるものではない。上記の結果、各液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４は、ほぼ均一に照明される。
【００５６】
２枚のダイクロイックミラー２１０，２１２は、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（出射側レンズ）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。
【００５７】
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。クロスダイクロイックプリズム２６０は、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２２および図２３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。
【００５８】
さて、図５に示す第１実施例の投写型表示装置は、光路偏向手段１８０に特徴がある。図８は、第１実施例における光路偏向手段１８０を示す説明図である。図８（Ａ）はｚ方向からみた正面図である。この光路偏向手段１８０は、図８（Ｂ）に示すように、第２のレンズアレイ１３０の第１，第２行目および第５，第６行目に相当する部分に対応するそれぞれ透光部１８０ａと、第３行目に対応する光路偏向部１８０ｂと、第４行目に対応する光路偏向部１８０ｃとを順に並べたものと等価なものであり、通常は、型成形によって一体成形されることが多い。透光部１８０ａは、入射した光束をそのまま透過させる機能を有する透光板である。したがって、必ずしも必要とするものではなく省略することも可能である。光路偏向部１８０ｂ，１８０ｃは、入射した光束の光路を偏向させる機能を有し、一般的には「変角プリズム」と呼ばれる光学素子によって実現される。変角プリズムは入射面と出射面とが平行でなくある角度を有しており、この角度の大きさによって、変角プリズムに入射した光束の光路を偏向させる。光路偏向部１８０ｂはその出射面が入射面（ｘ軸正方向）に対して＋θ１の角度を有し、１８０ｃはその出射面が入射面（ｘ軸正方向）に対して−θ２の角度を有している。おり、入射した光束をそれぞれ異なる方向に偏向させる。以下、この出射面の入射面に対する角度を「出射面角度」と呼ぶ。また、出射面のｘ軸正方向に対してｚ軸正方向への角度を正（＋）、ｚ軸負方向への角度を負（−）とする。本実施例では、角度θ１と角度θ２はほぼ等しい値に設定されている。したがって、光路偏向部１８０ｃは、光路偏向部１８０ｂと同じ変角プリズムを上下反転させたものに等しい。ただし、必ずしも等しくする必要はない。
【００５９】
図９、１０、１１は、第１実施例における光路偏向手段１８０の機能を示す説明図である。図９は透光部１８０ａを通過する部分光束の光路を示しており、図１０は光路偏向部１８０ｂを通過する部分光束の光路を、図１１は光路偏向部１８０ｃを通過する部分光束の光路を示している。なお、簡単のため、光源部１１０から液晶ライトバルブ２５２までの光路上の主要部のみを示している。また、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０の第２列目に着目して説明する。
【００６０】
まず、図９を用いて透光部１８０ａを通過する部分光束の光路について説明する。また、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０の第２列目の部分光束のうち、第１，第２，第５，第６行目の部分光束が透光部１８０ａを通過し、紙面（ｘｚ平面）上に記述される部分光束の光路はすべて同じとなるので、第２行目の部分光束を例に説明する。光源部１１０から出射され第１のレンズアレイ１２０の第２行目の小レンズ１２２によって分割された部分光束５５６は、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４上に集光される。集光された部分光束５５６のうち、偏光分離膜１４４をそのまま透過した部分光束５５６ａは、透光部１８０ａをそのまま透過し、重畳レンズ１５０の集光作用によって液晶ライトバルブ２５２の光の入射面である被照明領域２５２ａを照明する。また、偏光分離膜１４４で反射され、さらに反射膜１４５で反射された部分光束５５６ｂも、同様に被照明領域２５２ａを照明する。このとき、２つの部分光束５５６ａ，５５６ｂは、それらの中心軸５５６ｃｌａ，５５６ｃｌｂが被照明領域２５２ａの中心２５２ｃｌａを通過する。したがって、部分光束５５６ａ，５５６ｂによって実際に照明される照明領域５５６ｌａは、被照明領域２５２ａの中央にある。
【００６１】
次に、図１０を用いて光路偏向部１８０ｂを通過する部分光束の光路について説明する。光源部１１０から出射され第１のレンズアレイ１２０の第３行目の小レンズ１２２によって分割された部分光束５５７も、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４上に集光される。集光された部分光束５５７のうち、偏光分離膜１４４をそのまま透過した部分光束５５７ａは、光路偏向部１８０ｂの偏向作用によってその光路が＋ｘ方向に少し偏向される。光路偏向部１８０ｂを通過した部分光束５５７ａは、重畳レンズ１５０の集光作用によって液晶ライトバルブ２５２の光の入射面である被照明領域２５２ａを照明する。また、偏光分離膜１４４で反射され、さらに反射膜１４５で反射された部分光束５５７ｂも、同様に被照明領域２５２ａを照明する。ここで、光路偏向部１８０ｂの出射面は出射面角度＋θ１を有するため（図８参照）、その偏向作用によって２つの部分光束５５７ａ，５５７ｂは、それらの中心軸５５７ｃｌａ，５５７ｃｌｂが被照明領域２５２ａの中心よりも＋ｘ方向にずれた位置２５２ｃｌｂにおいて被照明領域２５２ａを通過する。したがって、部分光束５５７ａ，５５７ｂによって実際に照明される照明領域５５７ｌａは、被照明領域２５２ａの中央から＋ｘ方向にずれている。
【００６２】
さらに、図１１を用いて光路偏向部１８０ｃを通過する部分光束の光路について説明する。光源部１１０から出射され第１のレンズアレイ１２０の第４行目の小レンズ１２２によって分割された部分光束５５８も、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４上に集光される。集光された部分光束５５８のうち、偏光分離膜１４４をそのまま透過した部分光束５５８ａは、光路偏向部１８０ｃの偏向作用によってその光路が−ｘ方向に少し偏向される。光路偏向部１８０ｃを通過した部分光束５５８ａは、重畳レンズ１５０の集光作用によって液晶ライトバルブ２５２の光の入射面である被照明領域２５２ａを照明する。また、偏光分離膜１４４で反射され、さらに反射膜１４５で反射された部分光束５５８ｂも、同様に被照明領域２５２ａを照明する。ここで、光路偏向部１８０ｃの出射面は出射面角度−θ２を有するため（図８参照）、その偏向作用によって２つの部分光束５５８ａ，５５８ｂは、それらの中心軸５５８ｃｌａ，５５８ｃｌｂが被照明領域２５２ａの中心よりも−ｘ方向にずれた位置２５２ｃｌｃにおいて被照明領域２５２ａを通過する。したがって、部分光束５５８ａ，５５８ｂによって実際に照明される照明領域５５８ｌａは、被照明領域２５２ａの中央から−ｘ方向にずれている。
【００６３】
図１２は、液晶ライトバルブ２５２上に、光路偏向手段１８０を通過した部分光束が重畳レンズ１５０によって重畳される様子を示す概念図である。なお、この図は、液晶ライトバルブ２５２を重畳レンズ１５０側から見た図であり、透光部１８０ａを通過する部分光束による照明領域５５６ｌａを実線で示し、光路偏向部１８０ｂを通過する部分光束による照明領域５５７ｌａを点線で示し、光路偏向部１８０ｃを通過する部分光束による照明領域５５８ｌａを一点鎖線で示している。また、照明領域５５６ｌａ，５５７ｌａ，５５８ｌａのｙ方向のずれについては、それぞれの位置の相違を明確にするためにずらして描かれているだけであり、実際はほとんどずれが無い。図から解るように、照明領域５５６ｌａに対して照明領域５５７ｌａは＋ｘ方向に、照明領域５５８ｌａは−ｘ方向にそれぞれずれている。ここで、照明領域５５６ｌａ，５５７ｌａ，５５８ｌａのｘ方向の位置がずれると、液晶ライトバルブ２５２の両端部に照明むらが生じるが、実際には投写に用いられる有効な領域２５３が液晶ライトバルブ２５２の外形よりもひとまわり小さく設定されており、他の部分は投写されないため問題ない。
【００６４】
図１３は、光路偏向手段１８０を通過する部分光束が、クロスダイクロイックプリズム２６０を通過する様子を示す説明図である。なお、理解しやすくするため、説明に必要のない部分は省略している。透光部１８０ａを通過した部分光束の中心軸５５６ｃｌａは液晶ライトバルブ２５２の被照明領域２５２ａの中心位置２５２ｃｌａを通過してクロスダイクロイックプリズム２６０に入射する。一方、光路偏向部１８０ｂを通過した部分光束の中心軸５５７ｃｌａと光路偏向部１８０ｃを通過した部分光束の中心軸５５８ｃｌａとは、中心位置２５２ｃｌａから＋ｘ方向にずれた位置２５２ｃｌｂと−ｘ方向にずれた位置２５２ｃｌｃをそれぞれ通過し、クロスダイクロイックプリズム２６０に入射する。クロスダイクロイックプリズム２６０に入射した各部分光束の中心軸５５６ｃｌａ、５５７ｃｌａ、５５８ｃｌａは、クロスダイクロイックプリズム２６０の中心軸２６２を含むｘｙ平面（中心平面）２６４において、中心軸２６２に対してそれぞれ異なる位置を通過する。先に、第１の原理として述べたように、クロスダイクロイックプリズム２６０の中心軸２６２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ことになる。よって、同じ列方向に並ぶ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となる。また、上記の説明では、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４を透過した部分光束５５６ａ，５５７ａ，５５８ａについて説明しているが、対応する反射膜１４５で反射された部分光束５５６ｂ，５５７ｂ，５５８ｂについてもほぼ同様である。なお、反射膜で反射された部分光束の中心軸は、偏光分離膜１４４を透過した部分光束の中心軸間隔のちょうど中間を通過する。
【００６５】
ところで、すでに説明したように、光路偏向手段１８０は、第２のレンズアレイ１３０の第３行目と第４行目の部分光束が通過する位置に光路偏向部１８０ｂおよび１８０ｃを備え、これらの光路偏向部１８０ｂと１８０ｃを通過する部分光束は、透光部１８０ａを通過する部分光束が投写スクリーン３００（図５）上に投影する暗線位置とそれぞれ異なる位置に暗線を投影するようにしている。これは、以下の理由による。図１４は、光源部１１０から出射される光量について示している。一般に、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。したがって、光軸中心近傍の部分光束によって形成される暗線のほうが、光軸中心から離れた位置の部分光束によって形成される暗線よりも目立ちやすく、光束の光量の比較的大きい部分光束によって形成される暗線どうしが重なると一層暗線が目立ちやすくなる。よって、比較的光量の大きい部分光束の光路を偏向させてそれぞれの暗線形成位置を極力離すことが好ましい。
【００６６】
本実施例では、光路偏向手段１８０は、第２のレンズアレイ１３０の第３、第４行目に対応する位置に光路偏向部１８０ｂと１８０ｃを有し、かつ光路偏向部１８０ｂの出射面角度＋θ１の大きさと光路偏向部１８０ｃの出射面角度−θ２の大きさが等しくなるようにしている。しかし、これに限定されるものではなく。同じ列方向の部分光束のそれぞれにより形成される暗線が１ヶ所に集中しなようにすることができればよく、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る。以下で、他の実施例について説明する。
【００６７】
Ｂ．第２実施例：
図１５は、第２実施例の光路偏向手段１８０Ａを示す説明図である。光路偏向手段１８０Ａは、図１５（Ａ）の斜視図に示すように、２つの光路偏向部１８０Ａｂ，１８０Ａｃで構成されている。光路偏向部１８０Ａｂは第２のレンズアレイ１３０の第１ないし第３行目に相当する部分に対応し、光路偏向部１８０Ａｃは第４ないし第６行目に相当する部分に対応するように上下に配置されている。光路偏向部１８０Ａｂは出射面角度＋θＡｂを有し、光路偏向部１８０Ａｃは出射面角度−θＡｃを有している。また、本実施例では、出射面角度の大きさθＡｂとθＡｃはほぼ等しい値に設定されており、光路偏向部１８０Ａｃは光路偏向部１８０Ａｂと同じ変角プリズムを上下反転させたものに等しい。ただし、必ずしも等しくする必要はない。例えば、どちらか一方のみを変角プリズムとしてもよい。また、出射面角度の大きさは異なるが同じ方向に偏向させるものであってもよい。
【００６８】
この光路偏向手段１８０Ａを図５に示す投写型表示装置に適用した場合、図１５（Ｂ）に示すように、光路偏向部１８０Ａｂを通過した部分光束による照明領域は、＋ｘ方向にずれる。また、光路偏向部１８０Ａｃを通過した部分光束による照明領域は、−ｘ方向にずれる。したがって、この場合にも、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ１３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束のうち、偏光変換素子１４０の同じ列方向に形成されたＭ個の光源像から出射された部分光束により形成される暗線が２ヶ所に分離して形成されるため、光路偏向手段１８０を適用した場合と同様に暗線を目立ちにくくすることが可能となる。また、この場合には、１種類の変角プリズムを２つ用いることにより実現できるので、光路偏向手段１８０に比べて容易に光路偏向手段１８０Ａを構成することが可能である。
【００６９】
Ｃ．第３実施例：
図１６は、第３実施例の光路偏向手段１８０Ｂを示す説明図である。光路偏向手段１８０Ｂは図１６（Ａ）の斜視図に示すように、それぞれ異なった出射面角度を有する光路偏向部１８０Ｂａないし１８０Ｂｆが第２のレンズアレイ１３０の第１行目から第６行目に対応する位置に順に配置されている。第１実施例で説明したように第３行目と第４行目を通過する部分光束の光量が比較的大きいので、それぞれの部分光束の光路を最も相対的に偏向させるように、１行目から３行目の光路偏向部の出射面角度を正、３行目から６行目の出射面角度を負としている。また、第１ないし第３行目の光路偏向部１８０Ｂａないし１８０Ｂｃの出射面角度の大きさθａ〜θｃは、θｃ＞θｂ＞θｃとしている。ただし、光路偏向手段１８０Ｂのすべてを光路偏向部で構成して光路を偏向させる必要はないので、本実施例では、第１行目の光路偏向部１８０Ｂａの出射面角度θａ＝０としている。すなわち、第１実施例における透光部１８０ａと同様としている。さらに、第４ないし第６行目の光路偏向部１８０Ｂｄないし１８０Ｂｆの出射面角度の大きさθｄ〜θｆは、θｄ＞θｅ＞θｆとしている。ここで、出射面角度の大きさθｃとθｄ、θｂとθｅ、θａとθｆは、その方向が異なるので、同じ大きさであっても異なる大きさであってもよい。
【００７０】
この光路偏向手段１８０Ｂを図５に示す投写型表示装置に適用した場合、図１６（Ｂ）に示すように、第１行目の光路偏向部１８０Ｂａを通過した部分光束による照明領域を基準にすると、第２行目の光路偏向部１８０Ｂｂを通過した部分光束による照明領域は、＋ｘ方向にずれる。第３行目の光路偏向部１８０Ｂｃを通過した部分光束による照明領域は、第２行目の部分光束による照明領域よりも＋ｘ方向にずれる。また、第６行目の光路偏向部１８０Ｂｆを通過した部分光束による照明領域は、第１行目の光路偏向部１８０Ｂａを通過した部分光束による照明領域を基準にすると、−ｘ方向にずれる。第５行目の光路偏向部１８０Ｂｅを通過した部分光束による照明領域は、第６行目の部分光束による照明領域よりも−ｘ方向にずれる。第４行目の光路偏向部１８０Ｂｄを通過した部分光束による照明領域は、第５行目の部分光束による照明領域よりもさらに−ｘ方向にずれる。したがって、この場合にも、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ１３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束のうち、偏光変換素子１４０の同じ列方向に形成されたＭ個の光源像から出射された部分光束により形成される暗線が部分光束ごとに分離して形成されるため、同様に暗線を目立ちにくくすることが可能となる。ただし、実際には、同じ列方向に並ぶ部分光束ごとに光路を偏向させる必要は必ずしもなく、光路を偏向させる部分光束の数や偏向させる部分光束の選択は、部分光束の分割数や、光源の光量および特性等で種々異なる。したがって、実際の適用条件に応じて適切な構成をとればよい。
【００７１】
Ｄ．第４実施例：
図１７は、第４実施例の光路偏向手段１８０Ｃを示す説明図である。光路偏向手段１８０Ｃは、図１７（Ａ）の斜視図に示すように、第２のレンズアレイ１３０の第２行目と第５行目に対応する位置には透光部１８０Ｃａ、第３行目と第６行目に対応する位置には出射面角度＋θ３の光路偏向部１８０Ｃｂ、第１行目と第４行目に対応する位置には出射面角度−θ４の光路偏向部１８０Ｃｃが配置されている。
【００７２】
この光路偏向手段１８０Ｃを図５に示す投写型表示装置に適用した場合、図１７（Ｂ）に示すように、第２行目および第５行目の透光部１８０Ｃａを通過した部分光束の照明領域を基準として、第１行目および第４行目の光路偏向部１８０Ｃｃを通過した部分光束による照明領域は、−ｘ方向にずれる。また、第３行目および第６行目の光路偏向部１８０Ｃｂを通過した部分光束による照明領域は、＋ｘ方向にずれる。したがって、この場合にも、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ１３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束のうち、偏光変換素子１４０の同じ列方向に形成されたＭ個の光源像から出射された部分光束により形成される暗線が３ヶ所に分離して形成されるため、同様に暗線を目立ちにくくすることが可能となる。
【００７３】
ところで、本実施例では、上記説明のように、光路偏向手段１８０Ｃの第１行目と第４行目、第２行目と第５行目、第３行目と第６行目を組として、それぞれの組を通過する部分光束毎に同じ照明領域を照明してスクリーン上の同じ位置に暗線を形成する。それぞれの組を通過する部分光束の光量が異なると、形成された３本の暗線の暗度もそれぞれ異なることになる。相対的な比較による光の識別能力は比較的高いため、複数の暗線の暗度が互いに異なると、暗線が目立ちやすくなる傾向にある。そこで、それぞれの組を通過する部分光束の光量が等しくなるように、光路偏向手段を配置すれば、それぞれの組を通過する部分光束による３本の暗線の暗度をほぼ等しくすることができ、より一層暗線を目立ちにくくさせることができる。
【００７４】
図１４に示すように、光源部１１０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。すなわち、光路偏向手段１８０Ｃを通過する部分光束の明るさは、図１７（Ａ）に示すように、行方向に着目し第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１７（Ａ）に示すように、第１行目と第４行目を第１組とし、第２行目と第５行目を第２組、第３行目と第６行目を第３組として、第１組に光路偏向部１８０Ｃｃを、第２組に透光部１８０Ｃａを、第３組に光路偏向部１８０Ｃｂを配置した。この結果、ほぼ等しい暗さの暗線が３ヶ所に分離して形成されるため、単に暗線が３ヶ所に分離して形成される場合よりもさらに暗線を目立ちにくくすることが可能となる。
【００７５】
なお、光路偏向手段の構成は、上記第１実施例ないし第４実施例に限定されるものではなく、部分光束の分割数や、光源の光量および特性等で種々異なる。したがって、実際の適用条件に応じて適切な構成をとればよい。たとえば、光路偏向手段を上部、中部、下部の３つのブロックに分割し、上部と下部の光路をそれぞれ異なった方向に偏向させてもよい。また、中部の光路のみを偏向させてもよい。また、上記実施例は、光路偏向部として変角プリズムを用いた例を示しているが、光路偏向手段全体を変角プリズムとして、光路を偏向させたい部分光束に対応する箇所の屈折率が他の箇所と異なるようにすることによっても実現可能である。すなわち、一般には、暗線発生の原因となるクロスダイクロイックプリズムの中心軸に相当する第１の方向（ｙ軸方向）に並ぶ少なくとも１列の部分光束のうち、少なくとも１つの部分光束による被照明領域（液晶ライトバルブ）における照明位置が、他の部分光束による照明位置から第１の方向にほぼ垂直な第２の方向に沿って異なった位置となるように、光路偏向手段を設けてその光路を偏向させればよい。
【００７６】
Ｅ．第５実施例：
図１８は、第５実施例の偏光変換素子６４０を示す説明図である。第５実施例は、この偏光変換素子６４０を用いること、光路偏向手段１８０を使用しないこと以外は第１実施例と同じ構成を有している。
【００７７】
図１８（Ａ）は、偏光変換素子６４０を出射面側（ｚ軸正方向）からみた正面図を示している。この偏光変換素子６４０は、第２のレンズアレイ１３０の第１行目および第２行目に対応する第１の偏光変換素子６４０ａと、第３行目に対応する第２の偏光変換素子６４０ｂと、第４行目に対応する第３の偏光変換素子６４０ｃと、第５行目および第６行目に対応する第４の偏光変換素子６４０ｄが配置されている。このうち第１と第４の偏光変換素子６４０ａおよび６４０ｄは、第１実施例における偏光変換素子１４０と全く同様の構成と機能（図７）を有するため、説明を省略する。
【００７８】
図１８（Ｂ）は、第２の偏光変換素子６４０ｂの平面図を示している。この偏光変換素子６４０ｂは、偏光分離膜６４４ｂを有する偏光分離プリズム６４１ｂと反射膜６４５ｂを有する反射プリズム６４２ｂを１ブロックとして４列に並べたものである。また、それらの出射面には、選択位相差板６４３ｂを備えている。偏光変換素子６４０ｂの基本的な機能は偏光変換素子１４０と同じであるが、以下の点で特徴を有している。図７で説明した偏光変換素子１４０においては、偏光分離膜１４４も反射膜１４５も、光の入射面に対してほぼ４５度の角度を有して配置されており、偏光分離膜１４４と反射膜１４５とはほぼ平行な状態であった。一方、図１８（Ｂ）に示す反射プリズム６４２ｂの反射膜６４５ｂは、偏光分離プリズム６４１ｂの偏光分離膜６４４ｂと平行ではなく、光の入射面と反射膜６４５ｂとのなす角度θR1が４５度よりも小さくなるように配置されている。なお、図１８（Ｂ）においては、光の入射面から４５度の方向が参考のために点線で描かれている。偏光分離膜６４４ｂの配置間隔Ｗｍは、偏光分離膜６４４ｂのｘ方向の幅すなわち光の入射面の幅Ｗｐと等しくしているため、反射膜６４５ｂが入射面および出射面に接するように配置することができず、反射膜６４５ｂは偏光分離膜６４４ｂとの境界でカットされている。したがって、偏光分離膜６４４ｂで反射された光束のうち反射膜６４５ｂで反射されない光束が発生してしまう場合がある。図１８（Ｂ）の左端部に示すように、この偏光変換素子６４０ｂに入射した光束のうち、偏光分離膜６４４ｂと反射膜６４５ｂで反射されて出射する光束は、偏光分離膜６４４ｂを透過して出射する光束に対して平行ではなく、ｚ方向よりも−ｘ方向側に寄った方向に出射される。したがって、このように傾いて出射された光束の照明領域は、傾かずにｚ方向に出射される光束による照明領域から−ｘ方向にずれることになる。照明領域がずれれば、第１の原理で説明したように、暗線形成位置を分離することができる。
【００７９】
図１８（Ｃ）は、第３の偏光変換素子６４０ｃの平面図を示している。この偏光変換素子６４０ｃも、偏光分離膜６４４ｃを有する偏光分離プリズム６４１ｃと反射膜６４５ｃを有する反射プリズム６４２ｃを１ブロックとして４列に並べたものである。また、それらの出射面には、選択位相差板６４３ｃを備えている。偏光変換素子６４０ｃも、以下の点で特徴を有している。この偏光変換素子６４０ｃでは、反射プリズム６４２ｃの反射膜６４５ｃは、偏光分離プリズム６４１ｃの偏光分離膜６４４ｃと平行ではなく、光の入射面と反射膜６４５ｃとのなす角度θR2が４５度よりも大きくなるように配置されている。なお、図１８（Ｃ）においても、光の入射面から４５度の方向が参考のために点線で描かれている。偏光分離膜６４４ｃの配置間隔Ｗｍを偏光分離膜６４４ｃのｘ方向の幅すなわち光の入射面の幅Ｗｐと等しくするため、反射膜６４５ｃが偏光分離膜６４４ｃとの境界位置で入射面および出射面にちょうど接するように配置することができず、光の入射面側からみて反射膜６４５ｃの存在しない領域が存在する。図１８（Ｃ）の左端部に示すように、この偏光変換素子６４０ｃに入射した光束のうち、偏光分離膜６４４ｃと反射膜６４５ｃで反射されて出射する光束は、偏光分離膜６４４ｃを透過して出射する光束に対して平行ではなく、ｚ方向よりも＋ｘ方向側に寄った方向に出射される。したがって、このように傾いて出射された光束の照明領域は、傾かずにｚ方向に出射される光束による照明領域から＋ｘ方向にずれることになる。照明領域がずれれば、第１の原理で説明したように、暗線形成位置を分離することができる。
【００８０】
上記説明からわかるように、第５実施例によれば、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ１３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束のうち、偏光変換素子６４０を通過する部分光束のうち、第２と第３の偏光変換素子６４０ｂおよび６４０ｃの反射膜６４５ｂおよび６４５ｃで反射されて出射する部分光束により形成される暗線が、第１と第４の偏光変換素子６４０ａおよび６４０ｄの反射膜６４５ａおよび６４５ｄで反射されて出射する部分光束により形成される暗線からそれぞれ分離して形成されるため、暗線を目立ちにくくすることが可能となる。
【００８１】
なお、第５実施例に示す発明の要旨は、偏光変換素子に有する偏光分離膜に対して反射膜の角度を変化させることにより、少なくとも同じ列方向に並ぶ部分光束のうち、偏光変換素子の反射膜で反射されて出射する部分光束により形成される暗線の形成位置を分離することにある。
【００８２】
Ｆ．第６実施例：
図１９は、第６実施例の偏光変換素子７４０を示す説明図である。第６実施例は、第５実施例の偏光変換素子６４０を偏光変換素子７４０に置き換えたものである。
【００８３】
図１９（Ａ）は、偏光変換素子７４０を出射面側（ｚ軸正方向）からみた正面図を示している。この偏光変換素子７４０は、第２のレンズアレイ１３０の第１行目および第２行目に対応する第１の偏光変換素子７４０ａと、第３行目に対応する第２の偏光変換素子７４０ｂと、第４行目に対応する第３の偏光変換素子７４０ｃと、第５行目および第６行目に対応する第４の偏光変換素子７４０ｄが配置されてなる複合的な構成である。図１９（Ｂ）は、第１と第４の偏光変換素子７４０ａおよび７４０ｄの平面図を示している。この偏光変換素子７４０ａは、偏光分離膜７４３を有する偏光分離プリズム７４１と反射膜７４４を有する反射プリズム７４２を１ブロックとして２行４列に並べたものである。偏光分離プリズム７４１のｘ方向の幅Ｗｐと反射プリズム７４２の幅Ｗｍは等しく、ｚ方向の厚みは偏光分離プリズム７４１および反射プリズム７４２のどちらもｘ方向の幅Ｗｐに等しい。この偏光変換素子７４０ａの機能は、第１実施例の偏光変換素子１４０と同じであり、これに置き換えることも可能である。
【００８４】
図１９（Ｃ）は、第２の偏光変換素子７４０ｂの平面図を示している。この偏光変換素子７４０ｂは、第１の偏光変換素子７４０ａの反射プリズム７４２を反射プリズム７４２ｂに置き換えたものである。この反射プリズム７４２ｂは、ｚ方向の厚みＴ２をｘ方向の幅Ｗｍ（＝Ｗｐ）よりも小さくし、光の入射面に対する反射膜７４４ｂの角度θR3が４５度より小さくなるようにしたものである。λ／２位相差板７４６は、偏光分離プリズム７４１から出射した偏向光を所定の偏向光に変換するするものであり、図７に示す選択位相差板１４２のλ／２位相差層１４６と同じ機能を有する。図１９（Ｃ）の左端部に示すように、偏光分離プリズム７４１に入射された光束のうち、偏光分離膜７４３を透過した光束はそのままλ／２位相差板１４６で所定の偏向光束に変換されて出射する。一方、偏光分離膜７４３と反射膜７４４ｂとが平行でないため、偏光分離膜７４３で反射され反射プリズム７４２ｂの反射膜７４４ｂで反射された光束は、偏光分離膜７４３を透過して出射する光束に対して平行ではなく、軸（ｚ方向）に対して−ｘ方向側に寄った方向に出射する。したがって、このように傾いて出射された光束の照明領域は、傾かずにｚ方向に出射される光束による照明領域から−ｘ方向にずれることになる。照明領域がずれれば、第５実施例と同様に暗線形成位置を分離することができる。
【００８５】
図１９（Ｄ）は、第３の偏光変換素子７４０ｃの平面図を示している。この偏光変換素子７４０ｃは、偏光変換素子７４０ａの反射プリズム７４２を反射プリズム７４２ｃに置き換えたものである。この反射プリズム７４２ｃは、ｚ方向の厚みＴ３をｘ方向の幅Ｗｍ（＝Ｗｐ）よりも大きくし、光の入射面に対する反射膜７４４ｃの角度θR4が４５度より大きくなるようにしたものである。図１９（Ｄ）の左端部に示すように、この偏光変換素子７４０ｃに入射された光束のうち偏光分離膜７４３で反射され反射プリズム７４２ｃの反射膜７４４ｃで反射された光束は、偏光分離膜７４３と反射膜７４４ｃが平行でないため、偏光分離膜７４３を透過して出射する光束に平行ではなく、軸（ｚ方向）に対して＋ｘ方向側に寄った方向に出射する。したがって、このように傾いて出射された光束の照明領域は、傾かずにｚ方向に出射される光束による照明領域から＋ｘ方向にずれることになる。照明領域がずれれば、第５実施例と同様に暗線形成位置を分離することができる。
【００８６】
上記説明からわかるように、第６実施例によれば、第５実施例と同様に、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ１３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束のうち、偏光変換素子７４０を通過する部分光束のうち、第２と第３の偏光変換素子７４０ｂおよび７４０ｃの反射膜７４４ｂおよび７４４ｃで反射されて出射する部分光束により形成される暗線が、第１と第４の偏光変換素子７４０ａおよび７４０ｄの反射膜７４４で反射されて出射する部分光束により形成される暗線からそれぞれ分離して形成されるため、暗線を目立ちにくくすることが可能となる。
【００８７】
Ｇ．第７実施例：
図２０は、第７実施例の偏光変換素子８４０を示す説明図である。第７実施例は、第５実施例の偏光変換素子６４０をこの偏光変換素子８４０に置き換え、また、第２のレンズアレイ１３０を第２のレンズアレイ８３０に置き換えたものである。図２１は第２のレンズアレイ８３０を示す説明図であるが、その詳細については後述する。
【００８８】
図２０（Ａ）は、偏光変換素子８４０を出射面側（ｚ軸正方向）からみた正面図を示している。この偏光変換素子８４０は、第２のレンズアレイ８３０の第１行目および第２行目に対応する第１の偏光変換素子８４０ａと、第３行目に対応する第２の偏光変換素子８４０ｂと、第４行目に対応する第３の偏光変換素子８４０ｃと、第５行目および第６行目に対応する第４の偏光変換素子８４０ｄが順に配置されている。このうち第１と第４の偏光変換素子８４０ａおよび８４０ｄは、第５実施例と同様に、第１実施例における偏光変換素子１４０と全く同様の構成と機能（図７）を有するため、説明を省略する。
【００８９】
図２０（Ｂ）は、第２の偏光変換素子８４０ｂの平面図を示している。この偏光変換素子８４０ｂは、偏光ビームスプリッタアレイ８４１ｂと選択位相差板８４２ｂとを備えている。偏光変換素子８４０ｂも、基本的には偏光変換素子１４０と同じであるが、偏光ビームスプリッタ８４１ｂの構造に特徴がある。図７で説明した偏光変換素子１４０においては、偏光分離膜１４４も反射膜１４５も、光の入射面に対してほぼ４５度の角度を有して配置されており、偏光分離膜１４４と反射膜１４５とはほぼ平行な状態である。一方、偏光ビームスプリッタ８４１ｂの反射膜８４５ｂは、偏光分離膜８４４ｂと平行ではなく、第５実施例の偏第２の偏光変換素子６４０ｂ（図１８）と同様に、光の入射面と反射膜８４５ｂとのなす角度θR5が４５度よりも小さくなるように配置されている。ただし第２の偏光変換素子６４０ｂとの違いは、反射膜８４５ｂが偏光分離膜８４４ｂとの境界でちょうど入射面と出射面に接するように、偏光分離膜８４４ｂの配置間隔Ｗｍ１を偏光分離膜８４４ｂのｘ方向の幅Ｗｐよりも大きくしていることである。図２０（Ｂ）の左端部に示すように、偏光変換素子８４０ｂに入射した光束のうち、偏光分離膜８４４ｂと反射膜８４５ｂで反射されて出射する光束は、偏光分離膜８４４ｂを透過して出射する光束に平行ではなく、軸（ｚ方向）に対して−ｘ方向側に寄った方向に出射する。したがって、このように傾いて出射された光束の照明領域は、傾かずにｚ方向に出射される光束による照明領域から−ｘ方向にずれることになる。照明領域がずれれば、第５実施例と同様に暗線形成位置を分離することができる。
【００９０】
図２０（Ｃ）は、第３の偏光変換素子８４０ｃの平面図を示している。この偏光変換素子８４０ｃは、偏光ビームスプリッタアレイ８４１ｃと選択位相差板８４２ｃとを備えている。偏光変換素子８４０ｃも、偏光変換素子８４０ｂと同様に、偏光ビームスプリッタ８４１ｃの構造に特徴がある。偏光ビームスプリッタ８４１ｃの反射膜８４５ｃは、偏光分離膜８４４ｃと平行ではなく、第５実施例の第３の偏光変換素子６４０ｃ（図１８）と同様に、光の入射面と反射膜８４５ｃとのなす角度θR6が４５度よりも大きくなるように配置されている。ただし第３の偏光変換素子６４０ｃとの違いは、反射膜８４５ｃが偏光分離膜８４４ｃとの境界でちょうど入射面と出射面に接するように、偏光分離膜８４４ｃの配置間隔Ｗｍ２を偏光分離膜８４４ｃのｘ方向の幅Ｗｐよりも小さくしていることである。図２０（Ｃ）の左端部に示すように、この偏光変換素子８４０ｃに入射した光束のうち、偏光分離膜８４４ｃと反射膜８４５ｃで反射されて出射する光束は、偏光分離膜８４４ｃを透過して出射する光束に平行ではなく、軸（ｚ方向）に対して＋ｘ方向側に寄った方向に出射する。したがって、このように傾いて出射された光束の照明領域は、傾かずにｚ方向に出射される光束による照明領域から＋ｘ方向にずれることになる。照明領域がずれれば、第５実施例と同様に暗線形成位置を分離することができる。
【００９１】
なお、図２０（Ａ）に示すように、第２と第３の偏光変換素子８４０ｂおよび８４０ｃは、第１と第４の偏光変換素子８４０ａおよび８４０ｄに比べてｘ方向のサイズが異なることになるため、第１実施例ないし第６実施例で適用される第２のレンズアレイでは、効率的な光の利用が望めない。そこで、図２１に示す第２のレンズアレイ８３０を適用することが望ましい。また、第１のレンズアレイ８２０も第２のレンズアレイ８３０に対応する構成とすることが望ましい（図示省略）。第２のレンズアレイ８３０は、偏光変換素子８４０ａおよび８４０ｄに対応する位置に、偏光変換素子８４０ａおよび８４０ｄの偏光分離膜間隔（図示しない）（Ｗｍ（＝Ｗｐ）＋Ｗｐ）に等しいｘ方向の幅を有する小レンズ８３３ａおよび８３３ｄがｙ方向中心線を基準に配列されている。偏光変換素子８４０ｂに対応する位置には、偏光変換素子８４０ｂの偏光分離膜８４４ｂの配置間隔（Ｗｍ１＋Ｗｐ）に等しいｘ方向の幅を有する小レンズ８３３ｂが中心線を基準に配列されている。また、偏光変換素子８４０ｃに対応する位置には、偏光変換素子８４０ｃの偏光分離膜８４４ｃの配置間隔（Ｗｍ２＋Ｗｐ）に等しいｘ方向の幅を有する小レンズ８３３ｃが中心線を基準に配列されている。
【００９２】
ここで、第１と第２のレンズアレイ８２０，８３０の役割は、偏光変換素子８４０の偏光分離膜８４４（８４４ａ，８４４ｂ，８４４ｃ，８４４ｄ）上のみに光を集光させることにあり、小レンズのｘ方向の幅は、偏光分離膜８４４のｘ方向の幅Ｗｐにのみ依存する。したがって、各小レンズ８３３ａ（８３３ｄ），８３３ｂ，８３３ｃのｘ方向の幅は、必ずしも偏光分離膜８４４のｘ方向の幅Ｗｐと反射膜８４５（８４５ａ，８４５ｄ），８４５ｂ，８４５ｃのｘ方向の幅Ｗｍ，Ｗｍ１，Ｗｍ２との和（Ｗｍ＋Ｗｐ），（Ｗｍ１＋Ｗｐ），（Ｗｍ２＋Ｗｐ）に等しくする必要はない。ただし、第１と第２のレンズアレイ８２０，８３０の各小レンズ８３３ａ（８３３ｄ），８３３ｂ，８３３ｃを通過した部分光束が、偏光変換素子８４０の偏光分離膜８４４にほぼ４５度の入射角で集光されるように、レンズの光軸を調整することが望ましい。なお、図２１に示すように、第２のレンズアレイ８３０の小レンズの大きさ８３３ａ（８３３ｄ），８３３ｂ，８３３ｃを、偏光分離膜８４４のｘ方向の幅Ｗｐと反射膜８４５（８４５ａ，８４５ｄ），８４５ｂ，８４５ｃのｘ方向の幅Ｗｍ，Ｗｍ１，Ｗｍ２との和（Ｗｍ＋Ｗｐ），（Ｗｍ１＋Ｗｐ），（Ｗｍ２＋Ｗｐ）に等しくすれば、小レンズを隙間なく配置できるので、レンズアレイを一体成型することができるという利点がある。
【００９３】
上記説明からわかるように、第７実施例によっても、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ８３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束のうち、偏光変換素子６４０を通過する部分光束のうち、第２と第３の偏光変換素子８４０ｂおよび８４０ｃの反射膜８４５ｂおよび８４５ｃで反射されて出射する部分光束により形成される暗線が、第１と第４の偏光変換素子８４０ａおよび８４０ｄの反射膜８４５ａおよび８４５ｄ（図示しない）で反射されて出射する部分光束により形成される暗線からそれぞれ分離して形成されるため、暗線を目立ちにくくすることが可能となる。さらに、本実施例においては、第２と第３の偏光変換素子８４０ｂおよび８４０ｃの偏光分離膜８４４ｂおよび８４４ｃの配置間隔が変化するため、偏光分離膜８４４ｂおよび８４４ｃを透過して出射する部分光束により形成される暗線が、第１と第４の偏光変換素子８４０ａおよび８４０ｄの偏光分離膜８４４ａおよび８４４ｄ（図示しない）を透過して出射する部分光束により形成される暗線から分離して形成されるため、これによっても暗線を目立ちにくくすることができる。
【００９４】
なお、第５実施例ないし第７実施例では、第２のレンズアレイの第３行目および第４行目の部分光束に対応する位置の偏光変換素子について、入射面に対する反射膜（反射膜）の角度を変化させた例を示しているが、これに限定される必要はなく、第２実施例ないし第４実施例と同様に、同じ列方向に並ぶ部分光束に対応する反射膜毎にその角度を変化させるようにしてもよい。また、反射膜ではなく、偏光分離膜を４５度以外の角度に設定しても同様な効果がえられる。また、一部の反射膜と偏光分離膜をともに４５度以外の角度に設定してもよい。すなわち、一般には、同じ列方向に並ぶ複数組の反射膜と偏光分離膜の少なくとも一部について、反射膜と偏光分離膜の少なくとも一方を、他の反射膜か偏光分離膜とは異なる傾きに設定すればよい。
【００９５】
さらに、この発明は上記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。
【００９６】
（１）上記実施例では、偏光変換素子を備えた投写型表示装置を例に説明しているが、偏光変換素子を備えない投写型表示装置においても同様に適用可能である。
【００９７】
（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。
【００９８】
（３）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される場合に適用することができる。また、少なくとも１列に並ぶ光束のうちの一部の光束の照明位置が列方向とほぼ垂直な方向に沿って他とは異なる位置になるようにすれば、暗線を見えにくくすることが可能である。
【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】偏光変換素子１４０の構成を示す説明図。
【図８】第１実施例における光路偏向手段１８０を示す説明図。
【図９】第１実施例における光路偏向手段１８０の機能を示す説明図。
【図１０】第１実施例における光路偏向手段１８０の機能を示す説明図。
【図１１】第１実施例における光路偏向手段１８０の機能を示す説明図。
【図１２】液晶ライトバルブ２５２上に、第２のレンズアレイ１３０を通過した部分光束が重畳レンズ１５０によって重畳される様子を示す概念図。
【図１３】光路偏向手段１８０を通過する部分光束が、クロスダイクロイックプリズム２６０を通過する様子を示す説明図。
【図１４】光源部１１０から出射される光量について示す説明図。
【図１５】第２実施例の光路偏向手段１８０Ａを示す説明図。
【図１６】第３実施例の光路偏向手段１８０Ｂを示す説明図。
【図１７】第４実施例の光路偏向手段１８０Ｃを示す説明図。
【図１８】第５実施例の偏光変換素子６４０を示す説明図。
【図１９】第６実施例の偏光変換素子７４０を示す説明図。
【図２０】第７実施例の偏光変換素子８４０を示す説明図。
【図２１】第２のレンズアレイ８３０を示す説明図。
【図２２】投写型表示装置の要部を示す概念図。
【図２３】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２４】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
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
１３２…小レンズ
１４０…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…反射ミラー
１８０…光路偏向手段
１８０Ａ…光路偏向手段
１８０Ａｂ，１８０Ａｃ…光路偏向部
１８０Ｂ…光路偏向手段
１８０Ｂａ〜１８０Ｂｆ…光路偏向部
１８０Ｃ…光路偏向手段
１８０Ｃａ…透光部
１８０Ｃｂ…光路偏向部
１８０Ｃｃ…光路偏向部
１８０ａ…透光部
１８０ｂ，１８０ｃ…光路偏向部
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…被照明領域
２５３…投写に用いられる有効な領域２５３
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
５５６…部分光束
５５６ａ，５５７ａ，５５８ａ…部分光束
５５６ｂ，５５７ｂ，５５８ｂ…部分光束
５５６ｃｌａ，５５６ｃｌｂ…中心軸
５５６ｌａ，５５７ｌａ，５５８ｌａ…照明領域
５５７…部分光束
５５７ｃｌａ，５５７ｃｌｂ…中心軸
５５８…部分光束
５５８ｃｌａ，５５８ｃｌｂ…中心軸
６４０…偏光変換素子
６４０ａ…偏光変換素子
６４０ｂ…偏光変換素子
６４０ｃ…偏光変換素子
６４０ｄ…偏光変換素子
６４１ｂ…偏光分離プリズム
６４１ｃ…偏光分離プリズム
６４２ｂ…反射プリズム
６４２ｃ…反射プリズム
６４３ｂ…選択位相差板
６４３ｃ…選択位相差板
６４４ｂ…偏光分離膜
６４４ｃ…偏光分離膜
６４５ａ…反射膜
６４５ｂ…反射膜
６４５ｃ…反射膜
６４５ｄ…反射膜
７４０…偏光変換素子
７４０ａ…偏光変換素子
７４０ｂ…偏光変換素子
７４０ｃ…偏光変換素子
７４０ｄ…偏光変換素子
７４１…偏光分離プリズム
７４２…反射プリズム
７４２ｂ…反射プリズム
７４２ｃ…反射プリズム
７４３…偏光分離膜
７４４…反射膜
７４４ｂ…反射膜
７４４ｃ…反射膜
８３０…第２のレンズアレイ
８３３ａ…小レンズ
８３３ｂ…小レンズ
８３３ｃ…小レンズ
８３３ｄ…小レンズ
８４０…偏光変換素子
８４０ａ…偏光変換素子
８４０ｂ…偏光変換素子
８４０ｃ…偏光変換素子
８４０ｄ…偏光変換素子
８４１ｂ…偏光ビームスプリッタアレイ
８４１ｃ…偏光ビームスプリッタアレイ
８４２ｂ…選択位相差板
８４２ｃ…選択位相差板
８４４…偏光分離膜
８４４ａ…偏光分離膜
８４４ｂ…偏光分離膜
８４４ｃ…偏光分離膜
８４４ｄ…偏光分離膜
８４５…反射膜
８４５ａ…反射膜
８４５ｂ…反射膜
８４５ｃ…反射膜
８４５ｄ…反射膜
【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２２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２３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２４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２４（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２４（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と第２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１０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１０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５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１０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１０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に対す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１０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。従って、このＭ個の小レンズ１０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１０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１０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１０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、
光源と、
前記光源から出射される光束を複数の部分光束に分割する光束分割手段と、
前記複数の部分光束を所定の直線偏光光に変換して出力する偏光変換素子と、前記複数の部分光束が、それぞれ被照明領域上の所定の照明位置を照明するように重畳結合する重畳レンズと、
前記偏光変換素子と前記重畳レンズの間に設けられた、所定の第１の方向に沿ってほぼ並ぶ複数の部分光束の少なくとも１列の部分光束のうち、少なくとも２つの部分光束の少なくとも一方の部分光束の照明位置が前記所定の照明位置から前記第１の方向にほぼ垂直な第２の方向に沿って異なった位置となるように、少なくとも前記一方の部分光束の光路を偏向させる光路偏向手段と、
を備え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、与えられた画像信号に基づいて３色の光をそれぞれ変調する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、該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、前記３組の光変調手段により変調された３色の光を合成して同一方向に出射する色光合成手段と、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、被照明領域は投写型表示装置の光変調手段の光入射面に相当し、所定の第１の方向は色光合成手段の中心軸と平行な方向である。このような投写型表示装置では、通常、光束分割手段で分割された複数の部分光束のうちで、第１の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、被照明領域上のほぼ同じ所定の照明位置を通過して、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の発明においては、１列の部分光束のうち、少なくとも１つの部分光束の照明位置が、光路偏向手段によって第２の方向に対して所定の照明位置と異なるので、上記第１の原理に基づき、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】
第１の発明において、
前記光路偏向手段は、前記１列の部分光束のうち比較的大きい光量の複数の部分光束の照明位置が、前記所定の照明位置から互いに異なった位置となるように、前記複数の部分光束の少なくとも一部を偏向させることが好ましい。
【００３２】
部分光束の光量が比較的大きい部分光束、すなわち、光強度が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、このような部分光束による照明位置が同じであると、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。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による照明位置が互いに異なる位置となるので、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できる。
【００３３】
また、上記第１の発明において、
前記光路偏向手段は、前記１列の複数の部分光束の光路を、それぞれ異なった方向に偏向させるように、前記１列の複数の部分光束の少なくとも一部を偏向させることも好ましい。
【００３４】
このようにしても、一列の複数の部分光束による照明位置を互いに異なるようにでき、１列の複数の部分光束によって色光合成手段の中心軸が互いに異なった位置に投影される。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、
前記光路偏向手段は、
前記１列の部分光束は複数の組に組分けされ、
同一の組に含まれる部分光束は同じ照明位置を照明し、
異なる組の部分光束は異なる照明位置を照明するように、
前記１列の部分光束の少なくとも一部を偏向させるようにすることも好ましい。
【００３６】
このようにしても、１列の部分光束による照明領域が、異なる組の部分光束による照明領域毎に第２の方向に対して異なるようにでき、１列の部分光束の異なる組毎に、色光合成手段の中心軸が互いに異なった位置に投影される。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】
このとき、前記複数の組は、それぞれの組に含まれ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。
【００３８】
それぞれの組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。
【００３９】
上記各場合において、
前記光路偏向手段は、入射面が前記第１および第２の方向を含む平面に平行な平面を有し、出射面が前記入射面に対して所定の角度を有する変角プリズムを含むようにしてもよい。また、前記光路偏向手段は、光路の偏向方向が異なる複数の変角プリズムを含むようにしてもよい。
【００４０】
変角プリズムは、その入射面に対する出射面の角度によって、これに入射した光束の光路の偏向量を簡単に変化させることが可能である。したがって、この変角プリズムを適用すれば、種々の光路偏向量を有する光路偏向手段を簡単に構成することができる。
【００４１】
第２の発明は、
照明光を出射する照明光学系であって、
光源と、
前記光源から出射される光束を複数の部分光束に分割する光束分割手段と、
偏光分離面と反射面の複数の組を有し、前記複数の部分光束をそれぞれ２種類の直線偏光光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向方向を揃える偏光変換手段とを有し、前記複数の部分光束を所定の直線偏光光に変換して出力する偏光変換素子と、
前記複数の部分光束が、それぞれ被照明領域上の所定の照明位置を照明するように重畳結合する重畳レンズと、
を備え、
前記偏光変換素子は、
所定の第１の方向に沿ってほぼ並ぶ複数の部分光束の少なくとも１列の部分光束のうち、少なくとも１つの部分光束に対応する組中の前記反射面は、前記組中の前記偏光分離面および前記１列の他の部分光束に対応する他の組中の前記偏光分離面に対して異なった傾きを有していることを特徴とする。
【００４２】
上記構成において、１列の部分光束のうち、少なくとも１つの部分光束に対応する組中の反射面が、その組中の偏光分離面および他の部分光束に対応する他の組中の偏光分離面に対して異なった傾きを有しているので、異なった傾きを有している反射面から出射する部分光束による照明位置が、他の部分光束による照明位置と異なることになる。したがって、上記第１の原理に基づき、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。
なお、所定の第１の方向に沿ってほぼ並ぶ複数の部分光束の少なくとも１列の部分光束のうち、少なくとも１つの部分光束に対応する組中の偏光分離面が、その組中の反射面および他の部分光束に対応する他の組中の反射面に対して異なった傾きを有しているようにしてもよい。
【００４３】
第３の発明は、投写型表示装置であって、
第１の発明または第２の発明による照明光学系と、
前記照明光を、３色の光に分離する色光分離手段と、
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、
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第１の方向に沿って有し、
前記３組の光変調手段により変調された３色の光を合成して同一方向に出射する色光合成手段と、
前記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、
を備えることを特徴とする。
【００４４】
第１の発明あるいは第２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の発明あるいは第２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。
【００４５】
【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。
【００４６】
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、第２のレンズアレイ１３０と、光路偏向手段１８０と、重畳レンズ１５０と、反射ミラー１６０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。
【００４７】
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。
【００４８】
第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０は、光束分割手段としての機能を有している。そのうち、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。また、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に平行に揃える機能を有している。また、偏光変換素子１４０は、入射された光束を所定の直線偏光光に変換する機能を有している。光路偏向手段１８０は、入射された部分光束のうち少なくとも一部の部分光束の光路を偏向させる機能を有している。なお、光路偏向手段１８０の詳細は後述する。さらに、重畳レンズ１５０は、システム光軸に平行な中心軸を有する複数の部分光束を、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。
【００４９】
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Ｍ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。この例では、Ｍ＝６，Ｎ＝４である。また、第２のレンズアレイ１３０は、第１のレンズアレイ１２０の小レンズ１２２に対応するように、小レンズがＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。各小レンズ１２２は、光源１１０（図５）から出射された光束を複数の（すなわちＭ×Ｎ個の）部分光束に分割し、各部分光束を第２のレンズアレイ１３０の近傍で結像させる。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。
【００５０】
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に平行に揃える機能を有している。光源部１１０から出射される光束がシステム光軸に平行な平行光であれば、第１のレンズアレイ１２０の小レンズ１２２から出射される部分光束もその中心軸がシステム光軸に平行であるため、第２のレンズアレイ１３０を省略することができる。しかし、光源１１０から、光の中心軸がシステム光軸に対してある角度をもった光が出射されると、小レンズ１２２から出射される部分光束の中心軸もシステム光軸に平行ではない。このような傾いた中心軸を有する部分光束は、本来照明すべき所定の領域、すなわち、液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４を照明することができない場合がある。このことは、投写型表示装置において、光の利用効率を低下させることになる。第２のレンズアレイ１３０は、このような光の中心軸がシステム光軸に対してある角度をもった部分光束が小レンズ１３２に入射された場合に、その中心軸をシステム光軸に平行となるように変換し、光の利用効率を向上させる。
【００５１】
図７は、偏光変換素子１４０（図５）の構成を示す説明図である。この偏光変換素子１４０は、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。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。
【００５２】
第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０を通過した光は、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、ｓ偏光光の偏光分離膜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をそのまま通過したｐ偏光光とほぼ並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、ほとんどがｓ偏光光に変換されて出射する。もちろん反射膜１４５で反射される光の出射面部分にだけ選択位相差板１４２のλ／２位相差層１４６を形成することにより、ｐ偏光光に変換して出射することもできる。
【００５３】
なお、図７（Ａ）から解るように、偏光変換素子１４０から出射する２つのｓ偏光光の中心（２つのｓ偏光光の中央）は、入射するランダムな光束（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）の中心よりもｘ方向にずれている。このずれ量は、λ／２位相差層１４６の幅Ｗｐ（すなわち偏光分離膜１４４のｘ方向の幅）の半分に等しい。このため、図５に示すように、光源１１０の光軸（２点鎖線で示す）は、偏光変換素子１４０以降のシステム光軸（一点鎖線で示す）から、Ｗｐ／２に等しい距離Ｌだけずれた位置に設定されている。
【００５４】
図５に示す投写型表示装置において、光源１１０から出射された平行光束は、インテグレータ光学系を構成する第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０によって、複数の部分光束に分割される。第１のレンズアレイ１２０の各小レンズ１２２から出射された部分光束は、小レンズ１２２の集光作用によって偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４の近傍で光源１１０の光源像が形成されるように集光される。また、既に説明したように、偏光変換素子１４０に入射した部分光束は、偏光分離膜１４４および反射膜１４５によって、２つの偏光光に変換（分離）される。したがって、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４上に２次光源像が形成されるとともに、実効的には反射膜１４５上にも２次光源像が形成されているとほぼみなすことができる。つまり、偏光変換素子１４０内には、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０を通過した部分光束の数の２倍の２次光源像が、偏光分離膜１４４上および反射膜１４５上の対応する各位置に形成される。
【００５５】
重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０内に形成された２次光源像の位置から出射された部分光束を重畳させて、被照明領域である液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４に集光させる重畳光学系としての機能を有する。また、反射ミラー１６０は、重畳レンズ１５０から出射された光束をダイクロイックミラー２１０の方向に反射する機能を有するが、装置の構成によっては、必ずしも必要とされるものではない。上記の結果、各液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４は、ほぼ均一に照明される。
【００５６】
２枚のダイクロイックミラー２１０，２１２は、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（出射側レンズ）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。
【００５７】
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。クロスダイクロイックプリズム２６０は、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２２および図２３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。
【００５８】
さて、図５に示す第１実施例の投写型表示装置は、光路偏向手段１８０に特徴がある。図８は、第１実施例における光路偏向手段１８０を示す説明図である。図８（Ａ）はｚ方向からみた正面図である。この光路偏向手段１８０は、図８（Ｂ）に示すように、第２のレンズアレイ１３０の第１，第２行目および第５，第６行目に相当する部分に対応するそれぞれ透光部１８０ａと、第３行目に対応する光路偏向部１８０ｂと、第４行目に対応する光路偏向部１８０ｃとを順に並べたものと等価なものであり、通常は、型成形によって一体成形されることが多い。透光部１８０ａは、入射した光束をそのまま透過させる機能を有する透光板である。したがって、必ずしも必要とするものではなく省略することも可能である。光路偏向部１８０ｂ，１８０ｃは、入射した光束の光路を偏向させる機能を有し、一般的には「変角プリズム」と呼ばれる光学素子によって実現される。変角プリズムは入射面と出射面とが平行でなくある角度を有しており、この角度の大きさによって、変角プリズムに入射した光束の光路を偏向させる。光路偏向部１８０ｂはその出射面が入射面（ｘ軸正方向）に対して＋θ１の角度を有し、１８０ｃはその出射面が入射面（ｘ軸正方向）に対して−θ２の角度を有している。おり、入射した光束をそれぞれ異なる方向に偏向させる。以下、この出射面の入射面に対する角度を「出射面角度」と呼ぶ。また、出射面のｘ軸正方向に対してｚ軸正方向への角度を正（＋）、ｚ軸負方向への角度を負（−）とする。本実施例では、角度θ１と角度θ２はほぼ等しい値に設定されている。したがって、光路偏向部１８０ｃは、光路偏向部１８０ｂと同じ変角プリズムを上下反転させたものに等しい。ただし、必ずしも等しくする必要はない。
【００５９】
図９、１０、１１は、第１実施例における光路偏向手段１８０の機能を示す説明図である。図９は透光部１８０ａを通過する部分光束の光路を示しており、図１０は光路偏向部１８０ｂを通過する部分光束の光路を、図１１は光路偏向部１８０ｃを通過する部分光束の光路を示している。なお、簡単のため、光源部１１０から液晶ライトバルブ２５２までの光路上の主要部のみを示している。また、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０の第２列目に着目して説明する。
【００６０】
まず、図９を用いて透光部１８０ａを通過する部分光束の光路について説明する。また、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０の第２列目の部分光束のうち、第１，第２，第５，第６行目の部分光束が透光部１８０ａを通過し、紙面（ｘｚ平面）上に記述される部分光束の光路はすべて同じとなるので、第２行目の部分光束を例に説明する。光源部１１０から出射され第１のレンズアレイ１２０の第２行目の小レンズ１２２によって分割された部分光束５５６は、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４上に集光される。集光された部分光束５５６のうち、偏光分離膜１４４をそのまま透過した部分光束５５６ａは、透光部１８０ａをそのまま透過し、重畳レンズ１５０の集光作用によって液晶ライトバルブ２５２の光の入射面である被照明領域２５２ａを照明する。また、偏光分離膜１４４で反射され、さらに反射膜１４５で反射された部分光束５５６ｂも、同様に被照明領域２５２ａを照明する。このとき、２つの部分光束５５６ａ，５５６ｂは、それらの中心軸５５６ｃｌａ，５５６ｃｌｂが被照明領域２５２ａの中心２５２ｃｌａを通過する。したがって、部分光束５５６ａ，５５６ｂによって実際に照明される照明領域５５６ｌａは、被照明領域２５２ａの中央にある。
【００６１】
次に、図１０を用いて光路偏向部１８０ｂを通過する部分光束の光路について説明する。光源部１１０から出射され第１のレンズアレイ１２０の第３行目の小レンズ１２２によって分割された部分光束５５７も、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４上に集光される。集光された部分光束５５７のうち、偏光分離膜１４４をそのまま透過した部分光束５５７ａは、光路偏向部１８０ｂの偏向作用によってその光路が＋ｘ方向に少し偏向される。光路偏向部１８０ｂを通過した部分光束５５７ａは、重畳レンズ１５０の集光作用によって液晶ライトバルブ２５２の光の入射面である被照明領域２５２ａを照明する。また、偏光分離膜１４４で反射され、さらに反射膜１４５で反射された部分光束５５７ｂも、同様に被照明領域２５２ａを照明する。ここで、光路偏向部１８０ｂの出射面は出射面角度＋θ１を有するため（図８参照）、その偏向作用によって２つの部分光束５５７ａ，５５７ｂは、それらの中心軸５５７ｃｌａ，５５７ｃｌｂが被照明領域２５２ａの中心よりも＋ｘ方向にずれた位置２５２ｃｌｂにおいて被照明領域２５２ａを通過する。したがって、部分光束５５７ａ，５５７ｂによって実際に照明される照明領域５５７ｌａは、被照明領域２５２ａの中央から＋ｘ方向にずれている。
【００６２】
さらに、図１１を用いて光路偏向部１８０ｃを通過する部分光束の光路について説明する。光源部１１０から出射され第１のレンズアレイ１２０の第４行目の小レンズ１２２によって分割された部分光束５５８も、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４上に集光される。集光された部分光束５５８のうち、偏光分離膜１４４をそのまま透過した部分光束５５８ａは、光路偏向部１８０ｃの偏向作用によってその光路が−ｘ方向に少し偏向される。光路偏向部１８０ｃを通過した部分光束５５８ａは、重畳レンズ１５０の集光作用によって液晶ライトバルブ２５２の光の入射面である被照明領域２５２ａを照明する。また、偏光分離膜１４４で反射され、さらに反射膜１４５で反射された部分光束５５８ｂも、同様に被照明領域２５２ａを照明する。ここで、光路偏向部１８０ｃの出射面は出射面角度−θ２を有するため（図８参照）、その偏向作用によって２つの部分光束５５８ａ，５５８ｂは、それらの中心軸５５８ｃｌａ，５５８ｃｌｂが被照明領域２５２ａの中心よりも−ｘ方向にずれた位置２５２ｃｌｃにおいて被照明領域２５２ａを通過する。したがって、部分光束５５８ａ，５５８ｂによって実際に照明される照明領域５５８ｌａは、被照明領域２５２ａの中央から−ｘ方向にずれている。
【００６３】
図１２は、液晶ライトバルブ２５２上に、光路偏向手段１８０を通過した部分光束が重畳レンズ１５０によって重畳される様子を示す概念図である。なお、この図は、液晶ライトバルブ２５２を重畳レンズ１５０側から見た図であり、透光部１８０ａを通過する部分光束による照明領域５５６ｌａを実線で示し、光路偏向部１８０ｂを通過する部分光束による照明領域５５７ｌａを点線で示し、光路偏向部１８０ｃを通過する部分光束による照明領域５５８ｌａを一点鎖線で示している。また、照明領域５５６ｌａ，５５７ｌａ，５５８ｌａのｙ方向のずれについては、それぞれの位置の相違を明確にするためにずらして描かれているだけであり、実際はほとんどずれが無い。図から解るように、照明領域５５６ｌａに対して照明領域５５７ｌａは＋ｘ方向に、照明領域５５８ｌａは−ｘ方向にそれぞれずれている。ここで、照明領域５５６ｌａ，５５７ｌａ，５５８ｌａのｘ方向の位置がずれると、液晶ライトバルブ２５２の両端部に照明むらが生じるが、実際には投写に用いられる有効な領域２５３が液晶ライトバルブ２５２の外形よりもひとまわり小さく設定されており、他の部分は投写されないため問題ない。
【００６４】
図１３は、光路偏向手段１８０を通過する部分光束が、クロスダイクロイックプリズム２６０を通過する様子を示す説明図である。なお、理解しやすくするため、説明に必要のない部分は省略している。透光部１８０ａを通過した部分光束の中心軸５５６ｃｌａは液晶ライトバルブ２５２の被照明領域２５２ａの中心位置２５２ｃｌａを通過してクロスダイクロイックプリズム２６０に入射する。一方、光路偏向部１８０ｂを通過した部分光束の中心軸５５７ｃｌａと光路偏向部１８０ｃを通過した部分光束の中心軸５５８ｃｌａとは、中心位置２５２ｃｌａから＋ｘ方向にずれた位置２５２ｃｌｂと−ｘ方向にずれた位置２５２ｃｌｃをそれぞれ通過し、クロスダイクロイックプリズム２６０に入射する。クロスダイクロイックプリズム２６０に入射した各部分光束の中心軸５５６ｃｌａ、５５７ｃｌａ、５５８ｃｌａは、クロスダイクロイックプリズム２６０の中心軸２６２を含むｘｙ平面（中心平面）２６４において、中心軸２６２に対してそれぞれ異なる位置を通過する。先に、第１の原理として述べたように、クロスダイクロイックプリズム２６０の中心軸２６２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ことになる。よって、同じ列方向に並ぶ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となる。また、上記の説明では、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４を透過した部分光束５５６ａ，５５７ａ，５５８ａについて説明しているが、対応する反射膜１４５で反射された部分光束５５６ｂ，５５７ｂ，５５８ｂについてもほぼ同様である。なお、反射膜で反射された部分光束の中心軸は、偏光分離膜１４４を透過した部分光束の中心軸間隔のちょうど中間を通過する。
【００６５】
ところで、すでに説明したように、光路偏向手段１８０は、第２のレンズアレイ１３０の第３行目と第４行目の部分光束が通過する位置に光路偏向部１８０ｂおよび１８０ｃを備え、これらの光路偏向部１８０ｂと１８０ｃを通過する部分光束は、透光部１８０ａを通過する部分光束が投写スクリーン３００（図５）上に投影する暗線位置とそれぞれ異なる位置に暗線を投影するようにしている。これは、以下の理由による。図１４は、光源部１１０から出射される光量について示している。一般に、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。したがって、光軸中心近傍の部分光束によって形成される暗線のほうが、光軸中心から離れた位置の部分光束によって形成される暗線よりも目立ちやすく、光束の光量の比較的大きい部分光束によって形成される暗線どうしが重なると一層暗線が目立ちやすくなる。よって、比較的光量の大きい部分光束の光路を偏向させてそれぞれの暗線形成位置を極力離すことが好ましい。
【００６６】
本実施例では、光路偏向手段１８０は、第２のレンズアレイ１３０の第３、第４行目に対応する位置に光路偏向部１８０ｂと１８０ｃを有し、かつ光路偏向部１８０ｂの出射面角度＋θ１の大きさと光路偏向部１８０ｃの出射面角度−θ２の大きさが等しくなるようにしている。しかし、これに限定されるものではなく。同じ列方向の部分光束のそれぞれにより形成される暗線が１ヶ所に集中しなようにすることができればよく、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る。以下で、他の実施例について説明する。
【００６７】
Ｂ．第２実施例：
図１５は、第２実施例の光路偏向手段１８０Ａを示す説明図である。光路偏向手段１８０Ａは、図１５（Ａ）の斜視図に示すように、２つの光路偏向部１８０Ａｂ，１８０Ａｃで構成されている。光路偏向部１８０Ａｂは第２のレンズアレイ１３０の第１ないし第３行目に相当する部分に対応し、光路偏向部１８０Ａｃは第４ないし第６行目に相当する部分に対応するように上下に配置されている。光路偏向部１８０Ａｂは出射面角度＋θＡｂを有し、光路偏向部１８０Ａｃは出射面角度−θＡｃを有している。また、本実施例では、出射面角度の大きさθＡｂとθＡｃはほぼ等しい値に設定されており、光路偏向部１８０Ａｃは光路偏向部１８０Ａｂと同じ変角プリズムを上下反転させたものに等しい。ただし、必ずしも等しくする必要はない。例えば、どちらか一方のみを変角プリズムとしてもよい。また、出射面角度の大きさは異なるが同じ方向に偏向させるものであってもよい。
【００６８】
この光路偏向手段１８０Ａを図５に示す投写型表示装置に適用した場合、図１５（Ｂ）に示すように、光路偏向部１８０Ａｂを通過した部分光束による照明領域は、＋ｘ方向にずれる。また、光路偏向部１８０Ａｃを通過した部分光束による照明領域は、−ｘ方向にずれる。したがって、この場合にも、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ１３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束のうち、偏光変換素子１４０の同じ列方向に形成されたＭ個の光源像から出射された部分光束により形成される暗線が２ヶ所に分離して形成されるため、光路偏向手段１８０を適用した場合と同様に暗線を目立ちにくくすることが可能となる。また、この場合には、１種類の変角プリズムを２つ用いることにより実現できるので、光路偏向手段１８０に比べて容易に光路偏向手段１８０Ａを構成することが可能である。
【００６９】
Ｃ．第３実施例：
図１６は、第３実施例の光路偏向手段１８０Ｂを示す説明図である。光路偏向手段１８０Ｂは図１６（Ａ）の斜視図に示すように、それぞれ異なった出射面角度を有する光路偏向部１８０Ｂａないし１８０Ｂｆが第２のレンズアレイ１３０の第１行目から第６行目に対応する位置に順に配置されている。第１実施例で説明したように第３行目と第４行目を通過する部分光束の光量が比較的大きいので、それぞれの部分光束の光路を最も相対的に偏向させるように、１行目から３行目の光路偏向部の出射面角度を正、３行目から６行目の出射面角度を負としている。また、第１ないし第３行目の光路偏向部１８０Ｂａないし１８０Ｂｃの出射面角度の大きさθａ〜θｃは、θｃ＞θｂ＞θｃとしている。ただし、光路偏向手段１８０Ｂのすべてを光路偏向部で構成して光路を偏向させる必要はないので、本実施例では、第１行目の光路偏向部１８０Ｂａの出射面角度θａ＝０としている。すなわち、第１実施例における透光部１８０ａと同様としている。さらに、第４ないし第６行目の光路偏向部１８０Ｂｄないし１８０Ｂｆの出射面角度の大きさθｄ〜θｆは、θｄ＞θｅ＞θｆとしている。ここで、出射面角度の大きさθｃとθｄ、θｂとθｅ、θａとθｆは、その方向が異なるので、同じ大きさであっても異なる大きさであってもよい。
【００７０】
この光路偏向手段１８０Ｂを図５に示す投写型表示装置に適用した場合、図１６（Ｂ）に示すように、第１行目の光路偏向部１８０Ｂａを通過した部分光束による照明領域を基準にすると、第２行目の光路偏向部１８０Ｂｂを通過した部分光束による照明領域は、＋ｘ方向にずれる。第３行目の光路偏向部１８０Ｂｃを通過した部分光束による照明領域は、第２行目の部分光束による照明領域よりも＋ｘ方向にずれる。また、第６行目の光路偏向部１８０Ｂｆを通過した部分光束による照明領域は、第１行目の光路偏向部１８０Ｂａを通過した部分光束による照明領域を基準にすると、−ｘ方向にずれる。第５行目の光路偏向部１８０Ｂｅを通過した部分光束による照明領域は、第６行目の部分光束による照明領域よりも−ｘ方向にずれる。第４行目の光路偏向部１８０Ｂｄを通過した部分光束による照明領域は、第５行目の部分光束による照明領域よりもさらに−ｘ方向にずれる。したがって、この場合にも、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ１３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束のうち、偏光変換素子１４０の同じ列方向に形成されたＭ個の光源像から出射された部分光束により形成される暗線が部分光束ごとに分離して形成されるため、同様に暗線を目立ちにくくすることが可能となる。ただし、実際には、同じ列方向に並ぶ部分光束ごとに光路を偏向させる必要は必ずしもなく、光路を偏向させる部分光束の数や偏向させる部分光束の選択は、部分光束の分割数や、光源の光量および特性等で種々異なる。したがって、実際の適用条件に応じて適切な構成をとればよい。
【００７１】
Ｄ．第４実施例：
図１７は、第４実施例の光路偏向手段１８０Ｃを示す説明図である。光路偏向手段１８０Ｃは、図１７（Ａ）の斜視図に示すように、第２のレンズアレイ１３０の第２行目と第５行目に対応する位置には透光部１８０Ｃａ、第３行目と第６行目に対応する位置には出射面角度＋θ３の光路偏向部１８０Ｃｂ、第１行目と第４行目に対応する位置には出射面角度−θ４の光路偏向部１８０Ｃｃが配置されている。
【００７２】
この光路偏向手段１８０Ｃを図５に示す投写型表示装置に適用した場合、図１７（Ｂ）に示すように、第２行目および第５行目の透光部１８０Ｃａを通過した部分光束の照明領域を基準として、第１行目および第４行目の光路偏向部１８０Ｃｃを通過した部分光束による照明領域は、−ｘ方向にずれる。また、第３行目および第６行目の光路偏向部１８０Ｃｂを通過した部分光束による照明領域は、＋ｘ方向にずれる。したがって、この場合にも、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ１３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束のうち、偏光変換素子１４０の同じ列方向に形成されたＭ個の光源像から出射された部分光束により形成される暗線が３ヶ所に分離して形成されるため、同様に暗線を目立ちにくくすることが可能となる。
【００７３】
ところで、本実施例では、上記説明のように、光路偏向手段１８０Ｃの第１行目と第４行目、第２行目と第５行目、第３行目と第６行目を組として、それぞれの組を通過する部分光束毎に同じ照明領域を照明してスクリーン上の同じ位置に暗線を形成する。それぞれの組を通過する部分光束の光量が異なると、形成された３本の暗線の暗度もそれぞれ異なることになる。相対的な比較による光の識別能力は比較的高いため、複数の暗線の暗度が互いに異なると、暗線が目立ちやすくなる傾向にある。そこで、それぞれの組を通過する部分光束の光量が等しくなるように、光路偏向手段を配置すれば、それぞれの組を通過する部分光束による３本の暗線の暗度をほぼ等しくすることができ、より一層暗線を目立ちにくくさせることができる。
【００７４】
図１４に示すように、光源部１１０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。すなわち、光路偏向手段１８０Ｃを通過する部分光束の明るさは、図１７（Ａ）に示すように、行方向に着目し第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１７（Ａ）に示すように、第１行目と第４行目を第１組とし、第２行目と第５行目を第２組、第３行目と第６行目を第３組として、第１組に光路偏向部１８０Ｃｃを、第２組に透光部１８０Ｃａを、第３組に光路偏向部１８０Ｃｂを配置した。この結果、ほぼ等しい暗さの暗線が３ヶ所に分離して形成されるため、単に暗線が３ヶ所に分離して形成される場合よりもさらに暗線を目立ちにくくすることが可能となる。
【００７５】
なお、光路偏向手段の構成は、上記第１実施例ないし第４実施例に限定されるものではなく、部分光束の分割数や、光源の光量および特性等で種々異なる。したがって、実際の適用条件に応じて適切な構成をとればよい。たとえば、光路偏向手段を上部、中部、下部の３つのブロックに分割し、上部と下部の光路をそれぞれ異なった方向に偏向させてもよい。また、中部の光路のみを偏向させてもよい。また、上記実施例は、光路偏向部として変角プリズムを用いた例を示しているが、光路偏向手段全体を変角プリズムとして、光路を偏向させたい部分光束に対応する箇所の屈折率が他の箇所と異なるようにすることによっても実現可能である。すなわち、一般には、暗線発生の原因となるクロスダイクロイックプリズムの中心軸に相当する第１の方向（ｙ軸方向）に並ぶ少なくとも１列の部分光束のうち、少なくとも１つの部分光束による被照明領域（液晶ライトバルブ）における照明位置が、他の部分光束による照明位置から第１の方向にほぼ垂直な第２の方向に沿って異なった位置となるように、光路偏向手段を設けてその光路を偏向させればよい。
【００７６】
Ｅ．第５実施例：
図１８は、第５実施例の偏光変換素子６４０を示す説明図である。第５実施例は、この偏光変換素子６４０を用いること、光路偏向手段１８０を使用しないこと以外は第１実施例と同じ構成を有している。
【００７７】
図１８（Ａ）は、偏光変換素子６４０を出射面側（ｚ軸正方向）からみた正面図を示している。この偏光変換素子６４０は、第２のレンズアレイ１３０の第１行目および第２行目に対応する第１の偏光変換素子６４０ａと、第３行目に対応する第２の偏光変換素子６４０ｂと、第４行目に対応する第３の偏光変換素子６４０ｃと、第５行目および第６行目に対応する第４の偏光変換素子６４０ｄが配置されている。このうち第１と第４の偏光変換素子６４０ａおよび６４０ｄは、第１実施例における偏光変換素子１４０と全く同様の構成と機能（図７）を有するため、説明を省略する。
【００７８】
図１８（Ｂ）は、第２の偏光変換素子６４０ｂの平面図を示している。この偏光変換素子６４０ｂは、偏光分離膜６４４ｂを有する偏光分離プリズム６４１ｂと反射膜６４５ｂを有する反射プリズム６４２ｂを１ブロックとして４列に並べたものである。また、それらの出射面には、選択位相差板６４３ｂを備えている。偏光変換素子６４０ｂの基本的な機能は偏光変換素子１４０と同じであるが、以下の点で特徴を有している。図７で説明した偏光変換素子１４０においては、偏光分離膜１４４も反射膜１４５も、光の入射面に対してほぼ４５度の角度を有して配置されており、偏光分離膜１４４と反射膜１４５とはほぼ平行な状態であった。一方、図１８（Ｂ）に示す反射プリズム６４２ｂの反射膜６４５ｂは、偏光分離プリズム６４１ｂの偏光分離膜６４４ｂと平行ではなく、光の入射面と反射膜６４５ｂとのなす角度θR1が４５度よりも小さくなるように配置されている。なお、図１８（Ｂ）においては、光の入射面から４５度の方向が参考のために点線で描かれている。偏光分離膜６４４ｂの配置間隔Ｗｍは、偏光分離膜６４４ｂのｘ方向の幅すなわち光の入射面の幅Ｗｐと等しくしているため、反射膜６４５ｂが入射面および出射面に接するように配置することができず、反射膜６４５ｂは偏光分離膜６４４ｂとの境界でカットされている。したがって、偏光分離膜６４４ｂで反射された光束のうち反射膜６４５ｂで反射されない光束が発生してしまう場合がある。図１８（Ｂ）の左端部に示すように、この偏光変換素子６４０ｂに入射した光束のうち、偏光分離膜６４４ｂと反射膜６４５ｂで反射されて出射する光束は、偏光分離膜６４４ｂを透過して出射する光束に対して平行ではなく、ｚ方向よりも−ｘ方向側に寄った方向に出射される。したがって、このように傾いて出射された光束の照明領域は、傾かずにｚ方向に出射される光束による照明領域から−ｘ方向にずれることになる。照明領域がずれれば、第１の原理で説明したように、暗線形成位置を分離することができる。
【００７９】
図１８（Ｃ）は、第３の偏光変換素子６４０ｃの平面図を示している。この偏光変換素子６４０ｃも、偏光分離膜６４４ｃを有する偏光分離プリズム６４１ｃと反射膜６４５ｃを有する反射プリズム６４２ｃを１ブロックとして４列に並べたものである。また、それらの出射面には、選択位相差板６４３ｃを備えている。偏光変換素子６４０ｃも、以下の点で特徴を有している。この偏光変換素子６４０ｃでは、反射プリズム６４２ｃの反射膜６４５ｃは、偏光分離プリズム６４１ｃの偏光分離膜６４４ｃと平行ではなく、光の入射面と反射膜６４５ｃとのなす角度θR2が４５度よりも大きくなるように配置されている。なお、図１８（Ｃ）においても、光の入射面から４５度の方向が参考のために点線で描かれている。偏光分離膜６４４ｃの配置間隔Ｗｍを偏光分離膜６４４ｃのｘ方向の幅すなわち光の入射面の幅Ｗｐと等しくするため、反射膜６４５ｃが偏光分離膜６４４ｃとの境界位置で入射面および出射面にちょうど接するように配置することができず、光の入射面側からみて反射膜６４５ｃの存在しない領域が存在する。図１８（Ｃ）の左端部に示すように、この偏光変換素子６４０ｃに入射した光束のうち、偏光分離膜６４４ｃと反射膜６４５ｃで反射されて出射する光束は、偏光分離膜６４４ｃを透過して出射する光束に対して平行ではなく、ｚ方向よりも＋ｘ方向側に寄った方向に出射される。したがって、このように傾いて出射された光束の照明領域は、傾かずにｚ方向に出射される光束による照明領域から＋ｘ方向にずれることになる。照明領域がずれれば、第１の原理で説明したように、暗線形成位置を分離することができる。
【００８０】
上記説明からわかるように、第５実施例によれば、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ１３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束のうち、偏光変換素子６４０を通過する部分光束のうち、第２と第３の偏光変換素子６４０ｂおよび６４０ｃの反射膜６４５ｂおよび６４５ｃで反射されて出射する部分光束により形成される暗線が、第１と第４の偏光変換素子６４０ａおよび６４０ｄの反射膜６４５ａおよび６４５ｄで反射されて出射する部分光束により形成される暗線からそれぞれ分離して形成されるため、暗線を目立ちにくくすることが可能となる。
【００８１】
なお、第５実施例に示す発明の要旨は、偏光変換素子に有する偏光分離膜に対して反射膜の角度を変化させることにより、少なくとも同じ列方向に並ぶ部分光束のうち、偏光変換素子の反射膜で反射されて出射する部分光束により形成される暗線の形成位置を分離することにある。
【００８２】
Ｆ．第６実施例：
図１９は、第６実施例の偏光変換素子７４０を示す説明図である。第６実施例は、第５実施例の偏光変換素子６４０を偏光変換素子７４０に置き換えたものである。
【００８３】
図１９（Ａ）は、偏光変換素子７４０を出射面側（ｚ軸正方向）からみた正面図を示している。この偏光変換素子７４０は、第２のレンズアレイ１３０の第１行目および第２行目に対応する第１の偏光変換素子７４０ａと、第３行目に対応する第２の偏光変換素子７４０ｂと、第４行目に対応する第３の偏光変換素子７４０ｃと、第５行目および第６行目に対応する第４の偏光変換素子７４０ｄが配置されてなる複合的な構成である。図１９（Ｂ）は、第１と第４の偏光変換素子７４０ａおよび７４０ｄの平面図を示している。この偏光変換素子７４０ａは、偏光分離膜７４３を有する偏光分離プリズム７４１と反射膜７４４を有する反射プリズム７４２を１ブロックとして２行４列に並べたものである。偏光分離プリズム７４１のｘ方向の幅Ｗｐと反射プリズム７４２の幅Ｗｍは等しく、ｚ方向の厚みは偏光分離プリズム７４１および反射プリズム７４２のどちらもｘ方向の幅Ｗｐに等しい。この偏光変換素子７４０ａの機能は、第１実施例の偏光変換素子１４０と同じであり、これに置き換えることも可能である。
【００８４】
図１９（Ｃ）は、第２の偏光変換素子７４０ｂの平面図を示している。この偏光変換素子７４０ｂは、第１の偏光変換素子７４０ａの反射プリズム７４２を反射プリズム７４２ｂに置き換えたものである。この反射プリズム７４２ｂは、ｚ方向の厚みＴ２をｘ方向の幅Ｗｍ（＝Ｗｐ）よりも小さくし、光の入射面に対する反射膜７４４ｂの角度θR3が４５度より小さくなるようにしたものである。λ／２位相差板７４６は、偏光分離プリズム７４１から出射した偏向光を所定の偏向光に変換するするものであり、図７に示す選択位相差板１４２のλ／２位相差層１４６と同じ機能を有する。図１９（Ｃ）の左端部に示すように、偏光分離プリズム７４１に入射された光束のうち、偏光分離膜７４３を透過した光束はそのままλ／２位相差板１４６で所定の偏向光束に変換されて出射する。一方、偏光分離膜７４３と反射膜７４４ｂとが平行でないため、偏光分離膜７４３で反射され反射プリズム７４２ｂの反射膜７４４ｂで反射された光束は、偏光分離膜７４３を透過して出射する光束に対して平行ではなく、軸（ｚ方向）に対して−ｘ方向側に寄った方向に出射する。したがって、このように傾いて出射された光束の照明領域は、傾かずにｚ方向に出射される光束による照明領域から−ｘ方向にずれることになる。照明領域がずれれば、第５実施例と同様に暗線形成位置を分離することができる。
【００８５】
図１９（Ｄ）は、第３の偏光変換素子７４０ｃの平面図を示している。この偏光変換素子７４０ｃは、偏光変換素子７４０ａの反射プリズム７４２を反射プリズム７４２ｃに置き換えたものである。この反射プリズム７４２ｃは、ｚ方向の厚みＴ３をｘ方向の幅Ｗｍ（＝Ｗｐ）よりも大きくし、光の入射面に対する反射膜７４４ｃの角度θR4が４５度より大きくなるようにしたものである。図１９（Ｄ）の左端部に示すように、この偏光変換素子７４０ｃに入射された光束のうち偏光分離膜７４３で反射され反射プリズム７４２ｃの反射膜７４４ｃで反射された光束は、偏光分離膜７４３と反射膜７４４ｃが平行でないため、偏光分離膜７４３を透過して出射する光束に平行ではなく、軸（ｚ方向）に対して＋ｘ方向側に寄った方向に出射する。したがって、このように傾いて出射された光束の照明領域は、傾かずにｚ方向に出射される光束による照明領域から＋ｘ方向にずれることになる。照明領域がずれれば、第５実施例と同様に暗線形成位置を分離することができる。
【００８６】
上記説明からわかるように、第６実施例によれば、第５実施例と同様に、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ１３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束のうち、偏光変換素子７４０を通過する部分光束のうち、第２と第３の偏光変換素子７４０ｂおよび７４０ｃの反射膜７４４ｂおよび７４４ｃで反射されて出射する部分光束により形成される暗線が、第１と第４の偏光変換素子７４０ａおよび７４０ｄの反射膜７４４で反射されて出射する部分光束により形成される暗線からそれぞれ分離して形成されるため、暗線を目立ちにくくすることが可能となる。
【００８７】
Ｇ．第７実施例：
図２０は、第７実施例の偏光変換素子８４０を示す説明図である。第７実施例は、第５実施例の偏光変換素子６４０をこの偏光変換素子８４０に置き換え、また、第２のレンズアレイ１３０を第２のレンズアレイ８３０に置き換えたものである。図２１は第２のレンズアレイ８３０を示す説明図であるが、その詳細については後述する。
【００８８】
図２０（Ａ）は、偏光変換素子８４０を出射面側（ｚ軸正方向）からみた正面図を示している。この偏光変換素子８４０は、第２のレンズアレイ８３０の第１行目および第２行目に対応する第１の偏光変換素子８４０ａと、第３行目に対応する第２の偏光変換素子８４０ｂと、第４行目に対応する第３の偏光変換素子８４０ｃと、第５行目および第６行目に対応する第４の偏光変換素子８４０ｄが順に配置されている。このうち第１と第４の偏光変換素子８４０ａおよび８４０ｄは、第５実施例と同様に、第１実施例における偏光変換素子１４０と全く同様の構成と機能（図７）を有するため、説明を省略する。
【００８９】
図２０（Ｂ）は、第２の偏光変換素子８４０ｂの平面図を示している。この偏光変換素子８４０ｂは、偏光ビームスプリッタアレイ８４１ｂと選択位相差板８４２ｂとを備えている。偏光変換素子８４０ｂも、基本的には偏光変換素子１４０と同じであるが、偏光ビームスプリッタ８４１ｂの構造に特徴がある。図７で説明した偏光変換素子１４０においては、偏光分離膜１４４も反射膜１４５も、光の入射面に対してほぼ４５度の角度を有して配置されており、偏光分離膜１４４と反射膜１４５とはほぼ平行な状態である。一方、偏光ビームスプリッタ８４１ｂの反射膜８４５ｂは、偏光分離膜８４４ｂと平行ではなく、第５実施例の偏第２の偏光変換素子６４０ｂ（図１８）と同様に、光の入射面と反射膜８４５ｂとのなす角度θR5が４５度よりも小さくなるように配置されている。ただし第２の偏光変換素子６４０ｂとの違いは、反射膜８４５ｂが偏光分離膜８４４ｂとの境界でちょうど入射面と出射面に接するように、偏光分離膜８４４ｂの配置間隔Ｗｍ１を偏光分離膜８４４ｂのｘ方向の幅Ｗｐよりも大きくしていることである。図２０（Ｂ）の左端部に示すように、偏光変換素子８４０ｂに入射した光束のうち、偏光分離膜８４４ｂと反射膜８４５ｂで反射されて出射する光束は、偏光分離膜８４４ｂを透過して出射する光束に平行ではなく、軸（ｚ方向）に対して−ｘ方向側に寄った方向に出射する。したがって、このように傾いて出射された光束の照明領域は、傾かずにｚ方向に出射される光束による照明領域から−ｘ方向にずれることになる。照明領域がずれれば、第５実施例と同様に暗線形成位置を分離することができる。
【００９０】
図２０（Ｃ）は、第３の偏光変換素子８４０ｃの平面図を示している。この偏光変換素子８４０ｃは、偏光ビームスプリッタアレイ８４１ｃと選択位相差板８４２ｃとを備えている。偏光変換素子８４０ｃも、偏光変換素子８４０ｂと同様に、偏光ビームスプリッタ８４１ｃの構造に特徴がある。偏光ビームスプリッタ８４１ｃの反射膜８４５ｃは、偏光分離膜８４４ｃと平行ではなく、第５実施例の第３の偏光変換素子６４０ｃ（図１８）と同様に、光の入射面と反射膜８４５ｃとのなす角度θR6が４５度よりも大きくなるように配置されている。ただし第３の偏光変換素子６４０ｃとの違いは、反射膜８４５ｃが偏光分離膜８４４ｃとの境界でちょうど入射面と出射面に接するように、偏光分離膜８４４ｃの配置間隔Ｗｍ２を偏光分離膜８４４ｃのｘ方向の幅Ｗｐよりも小さくしていることである。図２０（Ｃ）の左端部に示すように、この偏光変換素子８４０ｃに入射した光束のうち、偏光分離膜８４４ｃと反射膜８４５ｃで反射されて出射する光束は、偏光分離膜８４４ｃを透過して出射する光束に平行ではなく、軸（ｚ方向）に対して＋ｘ方向側に寄った方向に出射する。したがって、このように傾いて出射された光束の照明領域は、傾かずにｚ方向に出射される光束による照明領域から＋ｘ方向にずれることになる。照明領域がずれれば、第５実施例と同様に暗線形成位置を分離することができる。
【００９１】
なお、図２０（Ａ）に示すように、第２と第３の偏光変換素子８４０ｂおよび８４０ｃは、第１と第４の偏光変換素子８４０ａおよび８４０ｄに比べてｘ方向のサイズが異なることになるため、第１実施例ないし第６実施例で適用される第２のレンズアレイでは、効率的な光の利用が望めない。そこで、図２１に示す第２のレンズアレイ８３０を適用することが望ましい。また、第１のレンズアレイ８２０も第２のレンズアレイ８３０に対応する構成とすることが望ましい（図示省略）。第２のレンズアレイ８３０は、偏光変換素子８４０ａおよび８４０ｄに対応する位置に、偏光変換素子８４０ａおよび８４０ｄの偏光分離膜間隔（図示しない）（Ｗｍ（＝Ｗｐ）＋Ｗｐ）に等しいｘ方向の幅を有する小レンズ８３３ａおよび８３３ｄがｙ方向中心線を基準に配列されている。偏光変換素子８４０ｂに対応する位置には、偏光変換素子８４０ｂの偏光分離膜８４４ｂの配置間隔（Ｗｍ１＋Ｗｐ）に等しいｘ方向の幅を有する小レンズ８３３ｂが中心線を基準に配列されている。また、偏光変換素子８４０ｃに対応する位置には、偏光変換素子８４０ｃの偏光分離膜８４４ｃの配置間隔（Ｗｍ２＋Ｗｐ）に等しいｘ方向の幅を有する小レンズ８３３ｃが中心線を基準に配列されている。
【００９２】
ここで、第１と第２のレンズアレイ８２０，８３０の役割は、偏光変換素子８４０の偏光分離膜８４４（８４４ａ，８４４ｂ，８４４ｃ，８４４ｄ）上のみに光を集光させることにあり、小レンズのｘ方向の幅は、偏光分離膜８４４のｘ方向の幅Ｗｐにのみ依存する。したがって、各小レンズ８３３ａ（８３３ｄ），８３３ｂ，８３３ｃのｘ方向の幅は、必ずしも偏光分離膜８４４のｘ方向の幅Ｗｐと反射膜８４５（８４５ａ，８４５ｄ），８４５ｂ，８４５ｃのｘ方向の幅Ｗｍ，Ｗｍ１，Ｗｍ２との和（Ｗｍ＋Ｗｐ），（Ｗｍ１＋Ｗｐ），（Ｗｍ２＋Ｗｐ）に等しくする必要はない。ただし、第１と第２のレンズアレイ８２０，８３０の各小レンズ８３３ａ（８３３ｄ），８３３ｂ，８３３ｃを通過した部分光束が、偏光変換素子８４０の偏光分離膜８４４にほぼ４５度の入射角で集光されるように、レンズの光軸を調整することが望ましい。なお、図２１に示すように、第２のレンズアレイ８３０の小レンズの大きさ８３３ａ（８３３ｄ），８３３ｂ，８３３ｃを、偏光分離膜８４４のｘ方向の幅Ｗｐと反射膜８４５（８４５ａ，８４５ｄ），８４５ｂ，８４５ｃのｘ方向の幅Ｗｍ，Ｗｍ１，Ｗｍ２との和（Ｗｍ＋Ｗｐ），（Ｗｍ１＋Ｗｐ），（Ｗｍ２＋Ｗｐ）に等しくすれば、小レンズを隙間なく配置できるので、レンズアレイを一体成型することができるという利点がある。
【００９３】
上記説明からわかるように、第７実施例によっても、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ８３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束のうち、偏光変換素子６４０を通過する部分光束のうち、第２と第３の偏光変換素子８４０ｂおよび８４０ｃの反射膜８４５ｂおよび８４５ｃで反射されて出射する部分光束により形成される暗線が、第１と第４の偏光変換素子８４０ａおよび８４０ｄの反射膜８４５ａおよび８４５ｄ（図示しない）で反射されて出射する部分光束により形成される暗線からそれぞれ分離して形成されるため、暗線を目立ちにくくすることが可能となる。さらに、本実施例においては、第２と第３の偏光変換素子８４０ｂおよび８４０ｃの偏光分離膜８４４ｂおよび８４４ｃの配置間隔が変化するため、偏光分離膜８４４ｂおよび８４４ｃを透過して出射する部分光束により形成される暗線が、第１と第４の偏光変換素子８４０ａおよび８４０ｄの偏光分離膜８４４ａおよび８４４ｄ（図示しない）を透過して出射する部分光束により形成される暗線から分離して形成されるため、これによっても暗線を目立ちにくくすることができる。
【００９４】
なお、第５実施例ないし第７実施例では、第２のレンズアレイの第３行目および第４行目の部分光束に対応する位置の偏光変換素子について、入射面に対する反射膜（反射膜）の角度を変化させた例を示しているが、これに限定される必要はなく、第２実施例ないし第４実施例と同様に、同じ列方向に並ぶ部分光束に対応する反射膜毎にその角度を変化させるようにしてもよい。また、反射膜ではなく、偏光分離膜を４５度以外の角度に設定しても同様な効果がえられる。また、一部の反射膜と偏光分離膜をともに４５度以外の角度に設定してもよい。すなわち、一般には、同じ列方向に並ぶ複数組の反射膜と偏光分離膜の少なくとも一部について、反射膜と偏光分離膜の少なくとも一方を、他の反射膜か偏光分離膜とは異なる傾きに設定すればよい。
【００９５】
さらに、この発明は上記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。
【００９６】
（１）上記実施例では、偏光変換素子を備えた投写型表示装置を例に説明しているが、偏光変換素子を備えない投写型表示装置においても同様に適用可能である。
【００９７】
（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。
【００９８】
（３）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される場合に適用することができる。また、少なくとも１列に並ぶ光束のうちの一部の光束の照明位置が列方向とほぼ垂直な方向に沿って他とは異なる位置になるようにすれば、暗線を見えにくくすることが可能である。
【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】偏光変換素子１４０の構成を示す説明図。
【図８】第１実施例における光路偏向手段１８０を示す説明図。
【図９】第１実施例における光路偏向手段１８０の機能を示す説明図。
【図１０】第１実施例における光路偏向手段１８０の機能を示す説明図。
【図１１】第１実施例における光路偏向手段１８０の機能を示す説明図。
【図１２】液晶ライトバルブ２５２上に、第２のレンズアレイ１３０を通過した部分光束が重畳レンズ１５０によって重畳される様子を示す概念図。
【図１３】光路偏向手段１８０を通過する部分光束が、クロスダイクロイックプリズム２６０を通過する様子を示す説明図。
【図１４】光源部１１０から出射される光量について示す説明図。
【図１５】第２実施例の光路偏向手段１８０Ａを示す説明図。
【図１６】第３実施例の光路偏向手段１８０Ｂを示す説明図。
【図１７】第４実施例の光路偏向手段１８０Ｃを示す説明図。
【図１８】第５実施例の偏光変換素子６４０を示す説明図。
【図１９】第６実施例の偏光変換素子７４０を示す説明図。
【図２０】第７実施例の偏光変換素子８４０を示す説明図。
【図２１】第２のレンズアレイ８３０を示す説明図。
【図２２】投写型表示装置の要部を示す概念図。
【図２３】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２４】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
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
１３２…小レンズ
１４０…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…反射ミラー
１８０…光路偏向手段
１８０Ａ…光路偏向手段
１８０Ａｂ，１８０Ａｃ…光路偏向部
１８０Ｂ…光路偏向手段
１８０Ｂａ〜１８０Ｂｆ…光路偏向部
１８０Ｃ…光路偏向手段
１８０Ｃａ…透光部
１８０Ｃｂ…光路偏向部
１８０Ｃｃ…光路偏向部
１８０ａ…透光部
１８０ｂ，１８０ｃ…光路偏向部
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…被照明領域
２５３…投写に用いられる有効な領域２５３
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
５５６…部分光束
５５６ａ，５５７ａ，５５８ａ…部分光束
５５６ｂ，５５７ｂ，５５８ｂ…部分光束
５５６ｃｌａ，５５６ｃｌｂ…中心軸
５５６ｌａ，５５７ｌａ，５５８ｌａ…照明領域
５５７…部分光束
５５７ｃｌａ，５５７ｃｌｂ…中心軸
５５８…部分光束
５５８ｃｌａ，５５８ｃｌｂ…中心軸
６４０…偏光変換素子
６４０ａ…偏光変換素子
６４０ｂ…偏光変換素子
６４０ｃ…偏光変換素子
６４０ｄ…偏光変換素子
６４１ｂ…偏光分離プリズム
６４１ｃ…偏光分離プリズム
６４２ｂ…反射プリズム
６４２ｃ…反射プリズム
６４３ｂ…選択位相差板
６４３ｃ…選択位相差板
６４４ｂ…偏光分離膜
６４４ｃ…偏光分離膜
６４５ａ…反射膜
６４５ｂ…反射膜
６４５ｃ…反射膜
６４５ｄ…反射膜
７４０…偏光変換素子
７４０ａ…偏光変換素子
７４０ｂ…偏光変換素子
７４０ｃ…偏光変換素子
７４０ｄ…偏光変換素子
７４１…偏光分離プリズム
７４２…反射プリズム
７４２ｂ…反射プリズム
７４２ｃ…反射プリズム
７４３…偏光分離膜
７４４…反射膜
７４４ｂ…反射膜
７４４ｃ…反射膜
８３０…第２のレンズアレイ
８３３ａ…小レンズ
８３３ｂ…小レンズ
８３３ｃ…小レンズ
８３３ｄ…小レンズ
８４０…偏光変換素子
８４０ａ…偏光変換素子
８４０ｂ…偏光変換素子
８４０ｃ…偏光変換素子
８４０ｄ…偏光変換素子
８４１ｂ…偏光ビームスプリッタアレイ
８４１ｃ…偏光ビームスプリッタアレイ
８４２ｂ…選択位相差板
８４２ｃ…選択位相差板
８４４…偏光分離膜
８４４ａ…偏光分離膜
８４４ｂ…偏光分離膜
８４４ｃ…偏光分離膜
８４４ｄ…偏光分離膜
８４５…反射膜
８４５ａ…反射膜
８４５ｂ…反射膜
８４５ｃ…反射膜
８４５ｄ…反射膜
Claims (10)
- 照明光を出射する照明光学系であって、
光源と、
前記光源から出射される光束を複数の部分光束に分割する光束分割手段と、
前記複数の部分光束を所定の直線偏光光に変換して出力する偏光変換素子と、
前記複数の部分光束が、それぞれ被照明領域上の所定の照明位置を照明するように重畳結合する重畳レンズと、
前記偏光変換素子と前記重畳レンズの間に設けられた、所定の第１の方向に沿ってほぼ並ぶ複数の部分光束の少なくとも１列の部分光束のうち、少なくとも１つの部分光束の照明位置が前記所定の照明位置から前記第１の方向にほぼ垂直な第２の方向に沿って異なった位置となるように、少なくとも前記一方の部分光束の光路を偏向させる光路偏向手段と、
を備えることを特徴とする
照明光学系。 - 請求項１記載の照明光学系であって、
前記光路偏向手段は、前記１列の部分光束のうち比較的大きい光量の複数の部分光束の照明位置が、前記所定の照明位置から互いに異なった位置となるように、前記複数の部分光束の少なくとも一部を偏向させることを特徴とする
照明光学系。 - 請求項１記載の照明光学系であって、
前記光路偏向手段は、前記１列の複数の部分光束の光路を、それぞれ異なった方向に偏向させるように、前記１列の複数の部分光束の少なくとも一部を偏向させることを特徴とする
照明光学系。 - 請求項１記載の照明光学系であって、
前記光路偏向手段は、
前記１列の部分光束は複数の組に組分けされ、
同一の組に含まれる部分光束は同じ照明位置を照明し、
異なる組の部分光束は異なる照明位置を照明するように、
前記１列の部分光束の少なくとも一部を偏向させることを特徴とする
照明光学系。 - 前記複数の組は、それぞれの組に含まれ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４記載の照明光学系。
- 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、
前記光路偏向手段は、入射面が前記第１および第２の方向を含む平面に平行な平面を有し、出射面が前記入射面に対して所定の角度を有する変角プリズムを含むことを特徴とする
照明光学系。 - 前記光路偏向手段は、光路の偏向方向が異なる複数の変角プリズムを含むことを特徴とする
請求項６記載の照明光学系。 - 照明光を出射する照明光学系であって、
光源と、
前記光源から出射される光束を複数の部分光束に分割する光束分割手段と、
偏光分離面と反射面の複数の組を有し、前記複数の部分光束をそれぞれ２種類の直線偏光光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有し、前記複数の部分光束を所定の直線偏光光に変換して出力する偏光変換素子と、
前記複数の部分光束が、それぞれ被照明領域上の所定の照明位置を照明するように重畳結合する重畳レンズと、
を備え、
前記偏光変換素子は、
所定の第１の方向に沿ってほぼ並ぶ複数の部分光束の少なくとも１列の部分光束のうち、少なくとも１つの部分光束に対応する組中の前記反射面は、前記組中の前記偏光分離面および前記１列の他の部分光束に対応する他の組中の前記偏光分離面に対して異なった傾きを有していることを特徴とする
照明光学系。 - 照明光を出射する照明光学系であって、
光源と、
前記光源から出射される光束を複数の部分光束に分割する光束分割手段と、
偏光分離面と反射面の複数の組を有し、前記複数の部分光束をそれぞれ２種類の直線偏光光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有し、前記複数の部分光束を所定の直線偏光光に変換して出力する偏光変換素子と、
前記複数の部分光束が、それぞれ被照明領域上の所定の照明位置を照明するように重畳結合する重畳レンズと、
を備え、
前記偏光変換素子は、
所定の第１の方向に沿ってほぼ並ぶ複数の部分光束の少なくとも１列の部分光束のうち、少なくとも１つの部分光束に対応する組中の前記偏光分離面は、前記組中の前記反射面および前記１列の他の部分光束に対応する他の組中の前記反射面に対して異なった傾きを有していることを特徴とする
照明光学系。 - 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の照明光学系と、
前記照明光を、３色の光に分離する色光分離手段と、
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、
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第１の方向に沿って有し、
前記３組の光変調手段により変調された３色の光を合成して同一方向に出射する色光合成手段と、
前記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、
を備えることを特徴とする
投写型表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11033397A JP3677936B2 (ja) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | 照明光学系、およびこれを用いた投写型表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11033397A JP3677936B2 (ja) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | 照明光学系、およびこれを用いた投写型表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10288765A JPH10288765A (ja) | 1998-10-27 |
| JP3677936B2 true JP3677936B2 (ja) | 2005-08-03 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11033397A Expired - Fee Related JP3677936B2 (ja) | 1997-04-11 | 1997-04-11 | 照明光学系、およびこれを用いた投写型表示装置 |
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| JP (1) | JP3677936B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2008145483A (ja) * | 2006-12-06 | 2008-06-26 | Seiko Epson Corp | プロジェクタ |
| JP5217822B2 (ja) * | 2008-09-17 | 2013-06-19 | 株式会社ニコン | プロジェクタ装置 |
-
1997
- 1997-04-11 JP JP11033397A patent/JP3677936B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH10288765A (ja) | 1998-10-27 |
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