WO1998019211A1

WO1998019211A1 - Ecran de projection et son systeme d'eclairage optique

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Publication number: WO1998019211A1
Application number: PCT/JP1997/003900
Authority: WO
Inventors: Toshiaki Hashizume; Yoshitaka Itoh
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 1998-05-07
Also published as: DE69738383T2; TW434444B; EP1670262A1; EP0889351A1; JP3879125B2; US6109751A; KR100395149B1; CN100413347C; CN1212060A; EP1670262B1; DE69738440D1; EP1645905B1; DE69738383D1; EP1645905A1; DE69738440T2; DE69737091T2; KR19990076892A; EP0889351A4; DE69737091D1; EP0889351B1

Description

明細書投写型表示装置およびそのための照明光学系技術分野

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ものである。背景技術

カラ一画像を投写スクリーンに投写する投写型表示装置としては、クロスダイクロイツ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、クロスダイクロイツクプリズムは、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、クロスダイクロイツクプリズムは、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—3 0 2 3 8 5号公報に記載されたものが知られている。

図 1 7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 4 2， 4 4 , 4 6と、クロスダイクロイツクプリズム 4 8と、投写レンズ系 5 0とを備えている。クロスダイクロイツクプリズム 4 8は、 3つの液晶ライ卜バルブ 4 2， 4 4 , 4 6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 5 0の方向に出射する。投写レンズ系 5 0は、合成された光を投写スクリーン 5 2上に結像させる。

図 1 8は、クロスダイクロイツクプリズム 4 8の一部を分解した斜視図である。クロスダイクロイツクプリズム 4 8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つて作製されている。

クロスダイクロイツクブリズ厶を色光合成手段として用 t、た投写型表示装置では、用いる光源の光特性により、 4つの直角プリズムの接合部分で生じる光散乱のために投写画像に暗い影が生じる場合がある。

図 1 9は、クロスダイクロイツクプリズム 4 8を利用した場合の問題点を示す説明図である。図 8 ( A) に示すように、クロスダイクロイツクプリズム 4 8は、 4つの直角プリズ厶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 6 0 Rと青色光反射膜 6 0 B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 6 2が形成されているので、反射膜 6 0 R , 6 0 Bも、クロスダイクロイツクプリズム 4 8の中心軸 4 8 aの部分において隙間を有している。

クロスダイクロイツクプリズム 4 8の中心軸 4 8 aを通る光が投写スクリーン 5 2上に投影されると、中心軸 4 8 aに起因する暗線が画像中に形成されることがある。図 1 9 ( B ) は、このような暗線 D Lの一例を示している。この暗線 D L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 D Lは、中心軸 4 8 a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種類のダイクロイツクミラーを X字状に交差させたクロスダイクロイツクミラーにおいても同様に発生する。この場合は、ミラーによる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。

このように、従来の投写型表示装置では、クロスダイクロイツクプリズム 4 8 やクロスダイクロイツ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。

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リ、クロスダイクロイツクプリズムやクロスダイクロイツクミラー等、 X字状に配置された 2種類のダイクロイツク膜を備えた色光合成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し、これらを用 L、た照明光学系および投写型表示装置を実現することにある。発明の開示

(課題を解決するための原理の説明）

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、 1 2時の方向を y方向として統一してある。また、下記説明において、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。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、 WO 9 4 Z 2 2 0 4 2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（インテグレー夕光学系という）が知られている。

図 1は、クロスダイクロイツクプリズムを用いた投写型表示装置にインテグレ一夕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 1 0、すなわち、異なる列方向に存在する小レンズ 1 0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 D L a、 D L bの形成位置を示す図である。

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 1 0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 1 0を通過した光束は、平行ィ匕レンズ 1 5によって、各光束の中心軸に平行な光束に変換される。平行化レンズレンズ 1 5を通過した各光束は、液晶ライ卜バルブ 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枚の液晶ライ卜バルブ 3のみが図示されているが、他の 2枚の液晶ライ卜バルブにおいてもインテグレー夕光学系の原理、暗線の発生原理は同様である。

図 2はレンズアレイ 2の外観を示す斜視図である。第 1と第 2のレンズァレイ 1， 2は、それぞれ略矩形状の輪郭を有する小レンズ 1 0が M行 N列のマ卜リクス状に配置された構成を有している。この例では、 M = 1 0， N = 8であり、図 1 ( A— 1 )には 2列目の小レンズ 1 0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 1 0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。

液晶ライ卜バルブ 3上に重畳された光束は、液晶ライ卜バルブ 3で画像情報に応じた変調を受けた後、クロスダイクロイツクプリズム 4に入射する。クロスダィクロイツクプリズム 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。

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 P a， P bの位置に投影されることとなる。ところが、発明の課題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 一 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 D L a， D L bが形成されてしまう。

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、液晶ライ卜バルブ 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 x y平面における断面図である。図 3 (A) ， ( B ) において、 r 1は、部分光束をクロスダイクロイツクプリズム 4の中心軸 5を含む X y平面で切断したときの、部分光束の断面 8の一方の端 1 1から中心軸 5までの距離を示し、 r 2は、部分光束の断面 8の他方の端 1 2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 1 3から暗線 D L aまでの距離 R 2と投写領域 9の他方の端 1 4から暗線 D L aまでの距離 R 1との比は、距離 r 2と距離 r 1との比に等しい。すなわち、暗線 D L aが形成される位置は、クロスダイクロイツクプリズ厶 4の中心軸 5を含む X 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。

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、クロスダイクロイツクプリズム 4の中心軸 5を含む X y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 D L aと D L b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 1 0を通過した部分光束の、クロスダイクロイツクプリズム 4の中心軸 5を含む X y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。

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 D L c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によって形成される暗線の暗度の総和にほぼ等し L、。以上をまとめると、以下の原理が導き出せる。 (第 1の原理）

まず、第 1に、ク口スダイクロイツクプリズム 4の中心軸 5に対する部分光束の中心光路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のレンズアレイし 2の異なる列を通過する部分光束は、クロスダイクロイツクプリズ厶 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。

(第 2の原理）

第 2に、クロスダイクロイツクプリズム 4の中心軸 5を含む X y平面における部分光束の断面の位置が異なるのは、クロスダイクロイツクプリズム 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、クロスダイクロイツクプリズム 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。従って、クロスダイクロイツクプリズム 4に入射する部分光束の角度が異なれば、あるいは、液晶ライ卜バルブ 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。

(暗先を目立ちにくくする方法）

先に述べた通り、第 1、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によつ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個の小レンズを通過する部分光束のそれぞれによリ形成される暗線が、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も十分である。

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の原理により可能である。

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、クロスダイクロイツクプリズム 4の中心軸 5に対する部分光束の中心光路の位置を他と変化させれば良い。

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ツクプリズム 4に入射する部分光束の角度を他と変化させれば良い。

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。

(課題を解決するための手段およびその作用 ·効果）

本発明の第 1の投写型表示装置は、

照明光を出射する照明光学系と、

前記照明光を 3色の光に分離する色光分離手段と、

前記 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種類のダイクロイツク膜を備え、前記ダイクロイツ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、

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投写型表示装置であって、

前記照明光学系は、

前記色光合成手段の前記中心軸とほぼ平行な列方向、および、前記色光合成手段の前記中心軸とほぼ垂直な行方向に分割された複数の部分光束を発生するとともに、前記複数の部分光束を重畳する分割重畳光学系を備え、

前記分割重畳光学系は、

同じ列方向に存在する前記複数の部分光束のうち一部の部分光束によつて前記中心軸が前記投写面上に投写される位置が、他の部分光束によつて投写される位置から前記中心軸に相当する方向とは異なる方向にずれるように構成されていることを特徴とする。

一つの部分光束は、色光合成手段の中心軸を投写面上に投影して中心軸に相当する暗線を形成し、一列の複数の部分光束は、通常、色光合成手段の中心軸を投写面上のほぼ同じ位置に投影して暗線を形成する。上記構成によれば、一列の複数の部分光束のうち一部の部分光束は、色光合成手段の中心軸を投写面上の異なつた位置に投影して暗線を形成するので、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可能である。

また、上記第 1の投写型表示装置において、

前記分割重畳光学系は、

前記複数の部分光束を発生させる光束分割手段と、

同じ列方向に存在する前記部分光束のうち、一部の部分光束を、他の部分光束と異なる入射角度で前記色光合成手段に入射させる入射角度変更手段を備えていることが好ましい。

ここで、前記光束分割手段は前記列方向および前記行方向に配列された複数の小レンズを備えた少なくとも 1枚のレンズアレイを備え、

前記入射角度変更手段は反射面に段差を有する段付き反射ミラーを備える構成とすることが好ましい。あるいは、前記光束分割手段は前記列方向および前記行方向に配列された複数の小レンズを備えた少なくとも 1枚のレンズァレイを備え、

前記入射角度変更手段は前記レンズアレイの面に対して傾いて配置された透光性板材を備える構成とするこも好ましい。

このようにしても、色光合成手段の中心軸に対する一部の部分光束の中心光路の位置を他の部分光束の中心光路の位置からずらすことができ、それぞれの部分光束は異なった位置に暗線を形成する。したがって、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。また、上記各場合が組み合わせて構成されることにより、さらに、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。

第 2の投写型表示装置は、

照明光を出射する照明光学系と、

前記照明光を、 3色の光に分離する色光分離手段と、

前記色光合成手段によリ合成された光を投写面上に投写する投写する投写手段と、を備える投写型表示装置であって、

前記照明光学系は、

光源から出射される光束を複数の部分光束に分割する複数の小レンズを有する第 1のレンズアレイと、

前記第 1のレンズアレイの前記複数の小レンズにそれぞれ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、

前記色光合成手段の前記中心軸に相当する所定の方向に沿って配列されている前記複数の小レンズを通過する複数の部分光束のうち、一部の部分光束の光路を他の部分光束の光路からずらす光路変更手段と、

を備えることを特徴とする。

第 1と第 2のレンズアレイの複数の小レンズのうちで、色光合成手段の中心軸に相当する所定の方向（先の説明では行方向）に沿って配列されている複数の小レンズを通過する複数の部分光束は、色光合成手段の中心軸を投写面上のほぼ同じ位置に投影して暗線を形成する。従って、光路変更手段によって、これらの複数の部分光束のうち、一部の部分光束の光路を他の部分光束の光路からずらすようにすれば、上記第 1の原理に基づき、これらの複数の部分光束により、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。

上記第 2の投写型表示装置において、前記光路変更手段は、前記所定の方向に沿って、前記光源の光軸から一定の距離だけそれぞれ離れた位置を通過する部分光束の光路を、他の位置を通過する部分光束の光路からずらす手段を備えることが好ましい。

光源からの光の強度は、その光軸からの距離に依存する。従って、比較的強度の高い部分光束が通過する光路を、他の部分光束からずらすようにすれば、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。

なお、前記一定の距離は、光源が、光源ランプと前記光源ランプから出射される光を反射する凹面鏡とを備える場合、前記凹面鏡の焦点距離にほぼ等しいことが好まし L 光源の光軸から前記凹面鏡の焦点距離だけそれぞれ離れた位置を通過する部分光束は、他の部分光束に比べて強度が高い。従って、この部分光束の光路を他の位置を通過する部分光束の光路からずらすことによって、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。

上記第 2の投写型表示装置において、前記光路変更手段は、反射面に段差を有する段付き反射ミラーを備えることが好ましい。こうすれば、極めて簡単な構成で特定の部分光束の光路を任意に変更することが可能である。

また、前記段付き反射ミラーの段部は、前記色光合成手段の前記中心軸に相当する方向とは垂直な方向に沿って設けられていることが好ましい。こうすれば、一部の部分光束の光路を、色光合成手段の中心軸に相当する方向に沿ってずらすことができる。

また、前記段付き反射ミラーは、互いに高さの異なる第〗の反射面と第 2の反射面とを有し、前記色光合成手段の前記中心軸に相当する前記所定の方向に沿つて前記光源の光軸から一定の距離だけそれぞれ離れた 2つの位置に前記第 2の反射面がそれぞれ設けられていることが好ましい。こうすれば、比較的光強度の高い部分光束の光路を、 2つの第 2の反射面でそれぞれ変更することができる。あるいは、前記光路変更手段は、前記第 2のレンズアレイの面から傾いて配置された透光性板材を備えるようにしてもよい。こうすれば、特定の部分光束の光路を任意に変更することが可能である。

前記照明光学系は、さらに、

前記第 2のレンズァレイと前記光路変更手段の間のいずれかの位置に設けられた偏光変換素子を備え、

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のレンズァ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、

前記光路変更手段によって、前記色合成手段の前記中心軸に相当する所定の方向に沿って配列されている前記複数の小レンズを通過し、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光路の一部が他の光路からずらされたことが好ましい。

この偏光変換素子は、入射した光を、偏光ビームスプリッタアレイにより 2種類の直線偏光成分に分離した後、偏光変換手段によリそれらの偏光方向を揃えて出射する。従って、偏光ビームスプリッタアレイで分離された 2種類の直線偏光成分光路の一部が他の光路からずらされることで、投写される画像に形成される暗線を、さらに目立ちにくくすることが可能である。

また、これら 2種類の直線偏光成分の光路の一部が前記光路変更手段によって他の光路からずらされる量は、前記 2種類の直線偏光成分の隣接する光路間の距離の約 1 2であることが好ましい。

これらの 2種類の直線偏光成分の隣接する光路間の距離の約 1 / 2だけ光路を移動させるようにすれば、移動しない 2種類の直線偏光成分の光路と、移動前の 2種類の直線偏光成分の光路とが、互いにほぼ等距離に配置される。すなわち、 4種類の光路がそれぞれほぼ等距離に配置されるので、画像に形成される暗線を、最も目立ちにくくすることが可能である。

また、上記第 2の投写型表示装置において、前記第 1と第 2のレンズアレイを順次通過した複数の部分光束を重畳させて前記 3組の光変調手段を照明する重畳光学系を備え、前記光路変更手段は、前記第 2のレンズアレイと前記重畳光学系との間に設けられていることが好ましい。

第 3の投写型表示装置は、

前記照明光を、 3色の光に分離する色光分離手段と、

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する投写手段と、を備える投写型表示装置であって、

前記照明光学系は、光源から出射される光束を複数の部分光束に分割する複数の小レンズを有する第 1のレンズアレイと、

前記第 1のレンズアレイの前記複数の小レンズにそれぞれ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〗と第 2のレンズアレイのそれぞれは、

前記色光合成手段の前記中心軸に相当する方向と垂直な行方向に沿って、それぞれ複数の小レンズを有する複数の行に分割されており、前記色光合成手段の前記中心軸に相当する方向に沿つて、前記光源の光軸から一定の距離だけそれぞれ離れた位置に存在する行が、他の行から一定のずれ量だけずれた位置に配置されていることを特徴とする。

第 1と第 2のレンズアレイの複数の小レンズのうちで、色光合成手段の中心軸に相当する所定の方向に沿って配列されている複数の小レンズを通過する複数の部分光束は、色光合成手段の中心軸を投写面上のほぼ同じ位置に投影して暗線を形成する。この中で、特に、光源が、光源ランプと前記光源ランプから出射される光を反射する凹面鏡とを備える場合、光源の光軸から凹面鏡の焦点距離だけそれぞれ離れた位置に存在する行の小レンズを通過する部分光束の強度が比較的高い。従って、このような行を他の行からずらすようにすれば、前述した第 2の原理により、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。

第 4の投写型表示装置は、

照明光を出射する照明光学系と、

前記照明光を、 3色の光に分離する色光分離手段と、

X字状に配置された 2種類のダイクロイツク膜を備え、前記ダイクロイツ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リ変調された 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、

前記照明光学系は、

前記第 1と第 2のレンズアレイのそれぞれは、

前記色光合成手段の前記中心軸に相当する方向と垂直な行方向に沿って、それぞれ複数の小レンズを有する複数の行に分割されており、前記複数の行の少なくとも一部の行が他の行からずれた位置に配置されて、行方向と垂直な方向に見たときに前記小レンズが互いに等し L、位置に配列されている行の数が、前記複数の行の総数の 2 5以下に設定されていることを特徴とする。

第 1と第 2のレンズアレイの複数の小レンズのうちで、色光合成手段の中心軸に相当する所定の方向に沿って配列されている複数の小レンズを通過する複数の部分光束は、色光合成手段の中心軸をほぼ同じ位置に投影して暗線を形成する。従って、第 4の投写型表示装置のように、行の総数の 2ノ 5以下が互いに等しい位置に配列されているようにすれば、前述した第 2の原理により、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。

第 4の投写型表示装置において、前記第 1と第 2のレンズアレイの前記複数の行が、一定のずれ量だけ順次互いにずれた配置を有するようにすることが好ましい。

こうすれば、互いに等価な位置に配列される行の数を少なくすることが容易である。

本発明の第 1の照明光学系は、照明光を、 3色の光に分離する色光分離手段と、

X字状に配置された 2種類のダイクロイック膜を備え、前記ダイクロイツ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、

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する投写手段とを備える投写型表示装置に使用され、前記照明光を出射する照明光学系であつて、

少なくとも前記色光合成手段の前記中心軸に相当する所定の方向にほぼ沿って分割された少なくとも一列の複数の部分光束を発生するとともに、前記複数の部分光束を重畳する分割重畳光学系を備え、

前記分割重畳光学系は、

前記一列の複数の部分光束のうち一部の部分光束によつて前記中心軸が前記投写面上に投写される位置が、他の部分光束によって投写される位置から前記中心軸に相当する方向とは異なる方向にずれるように構成されていることを特徴とする。

第 2の照明光学系は、

照明光を出射する照明光学系であって、

前記第 1のレンズアレイの前記複数の小レンズにそれぞれ対応する複数の小レンズを有する第 2のレンズァレイと、

所定の方向に沿って配列されている前記複数の小レンズを通過する複数の部分光束のうち、一部の部分光束の光路を他の部分光束の光路からずらす光路変更手段と、を備えることを特徴とする。

第 3の照明光学系は、

照明光を出射する照明光学系であって、

前記第 1のレンズアレイの前記複数の小レンズにそれぞれ対応する複数の小レンズを有する第 2のレンズァレイとを有し、

前記第 1と第 2のレンズァレイのそれぞれは、

所定の方向と垂直な行方向に沿ってそれぞれ複数の小レンズを有する複数の行に分割されており、前記所定の方向に沿って、前記光源の光軸から一定の距離だけそれぞれ離れた位置に存在する行が、他の行から一定のずれ量だけずれた位置に配置されていることを特徴とする。

第 4の照明光学系は、

照明光を出射する照明光学系であって、

前記第 1のレンズアレイの前記複数の小レンズにそれぞれ対応する複数の小レンズを有する第 2のレンズァレイとを備え、

前記第 1と第 2のレンズアレイのそれぞれは、

所定の方向とは垂直な行方向に沿って、それぞれ複数の小レンズを有する複数の行に分割されており、前記複数の行の少なくとも一部の行が他の行からずれた位置に配置されて、行方向と垂直な方向に見たときに前記小レンズが互いに等しい位置に配列されている行の数が、前記複数の行の総数の 2ノ 5以下に設定されていることを if寺徴とする。

第 2ないし第 4の照明光学系における「所定の方向」は、投写型表示装置の色光合成手段の中心軸に相当する方向である。従って、行方向は、この中心軸の方向と垂直な方向である。

第 1ないし第 4の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ないし第 4の投写型表示装置と同様に、投写された画像に形成される暗線を目立たなくすることが可能である。図面の簡単な説明

図 1は、クロスダイクロイツクプリズムを用いた投写型表示装置にインテグレ一夕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 2は、レンズアレイ 1 , 2の外観を示す斜視図である。

図 3は、図 1 (A— 1 ) の一部拡大図、及び、クロスダイクロイツクプリズム 4の中心軸 5を含む X y平面における断面囡である。

図 4は、 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である。

図 5は、この発明の第 1実施例としての投写型表示装置 1 0 0 0の要部を示す概略平面図である。

図 6は、第 1のレンズアレイ 1 2 0の外観を示す斜視図である。

図 7は、偏光変換素子 1 4 0の構成を示す説明図である。

図 8は、第 1実施例における段付き反射ミラー 1 5 0の構成を示す図である。図 9は、段付き反射ミラー 1 5 0の機能を示す説明図である。

図 1 0は、段付き反射ミラー 1 5 0の機能を示す説明図である。

図 1 1は、図 9における段付き反射ミラー 1 5 0と偏光変換素子 1 4 0の部分を拡大して示す図である。

図 1 2は、この発明による第 2実施例の投写型表示装置 2 0 0 0およびその照明光学系の要部を示す図である。

図 1 3は、第 1実施例と第 3実施例のレンズアレイとを比較して示す正面図である。図 1 4は、小レンズを通過する部分光束が、クロスダイクロイツクプリズム 2

6 0を通過する様子を示す図である。

図 1 5は、第 1実施例と第 3実施例の偏光変換素子を比較して示す図である。図 1 6は、第 1実施例と第 4実施例のレンズアレイとを比較して示す正面図である。

図 1 7は、投写型表示装置の要部を示す概念図である。

図 1 8は、クロスダイクロイツクプリズム 4 8の一部を分解した斜視図である。図 1 9は、クロスダイクロイツクプリズム 4 8を利用した場合の問題点を示す説明図である。発明を実施するための最良の形態

以下に、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。尚、以下の各実施例においては、特にことわりのない限り、光の進行方向を z方向、 z方向からみて 3時の方向を X方向、 1 2時の方向を y方向として統一してある。

A . 第 1実施例：

図 5は、この発明の第 1実施例としての投写型表示装置 1 0 0 0の要部を示す概略平面図である。この投写型表示装置 1 0 0 0は、照明光学系 1 0 0と、ダイクロイツクミラー 2 1 0， 2 1 2と、反射ミラー 2 2 0， 2 2 2 , 2 2 4と、入射側レンズ 2 3 0と、リレーレンズ 2 3 2と、 3枚のフィールドレンズ 2 4 0， 2 4 2， 2 4 4と、 3枚の液晶ライ卜バルブ（液晶パネル） 2 5 0， 2 5 2， 2 5 4と、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0と、投写レンズ系 2 7 0とを備えている。

照明光学系 1 0 0は、ほぼ平行な光束を出射する光源 1 1 0と、第〗のレンズアレイ 1 2 0と、第 2のレンズアレイ 1 3 0と、入射光を所定の直線偏光成分に変換する偏光変換素子 1 4 0と、段付き反射ミラー〗 5 0と、重畳レンズ 1 6 0 とを備えている。照明光学系 1 0 0は、被照明領域である 3枚の液晶ライ卜バルブ 2 5 0， 2 5 2， 2 5 4をほぼ均一に照明するための光学系である。

光源 1 1 0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 1 1 2と、光源ランプ 1 1 2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 1 1 4とを有している。凹面鏡〗 1 4としては、放物面鏡を用いることが好ましい。

図 6は、第 1と第 2のレンズアレイ 1 2 0， 1 3 0の外観を示す斜視図である。第 1のレンズアレイ 1 2 0は略矩形状の輪郭を有する小レンズ 1 2 2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 = 1 0， N = 8 である。第 2のレンズアレイ 1 3 0も、第 1のレンズアレイ 1 2 0の小レンズ 1 2 2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した構成を有している。各小レンズ 1 2 2は、光源 1 1 0 (図 5 ) から出射された光束を複数の（すなわち M X N個の）部分光束に分割し、各部分光束を第 2のレンズァレィ 1 3 0の近傍で集光させる。各小レンズ 1 2 2を z方向から見た外形形状は、液晶ライ卜バルブ 2 5 0 , 2 5 2， 2 5 4の形状と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 1 2 2のァスぺク卜比（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 1 3 0は、各部分光束の中心光路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 1 1 0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 1 2 0の小レンズ 1 2 2から出射される部分光束もその中心光路がシステム光軸に平行であるため、第 2のレンズァレィ 1 3 0を省略することができる。しかし、光源 1 1 0から、光の中心光路がシステ厶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 1 2 2から出射される部分光束の中心光路もシステム光軸に平行ではない。このような傾いた中心光路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、液晶ライ卜バルブ 2 5 0， 2 5 2， 2 5 4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 1 3 0は、このような光の中心光路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 1 3 2に入射された場合に、その中心光路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。

図 7は、偏光変換素子 1 4 0 (図 5 ) の構成を示す説明図である。この偏光変換素子 1 4 0は、偏光ビームスプリッタアレイ 1 4 1と、選択位相差板 1 4 2とを備えている。偏光ビー厶スプリツ夕アレイ 1 4 1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 1 4 3が、交互に貼り合わされた形状を有している。透光性板材 1 4 3の界面には、偏光分離膜 1 4 4と反射膜 1 5とが交互に形成されている。なお、この偏光ビ一ムスプリッタアレイ 1 4 1は、偏光分離膜 1 4 4と反射膜 1 4 5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つて作製される。第 1と第 2のレンズアレイ 1 2 0， 1 3 0を通過したランダムな偏光方向を有する光は、偏光分離膜 1 4 4で s偏光光と p偏光光とに分離される。 s偏光光は、偏光分離膜 1 4 4によってほぼ垂直に反射され、反射膜 1 4 5によってさらに垂直に反射されてから出射される。一方、 P偏光光は、偏光分離膜 1 4 4をそのまま透過する。選択位相差板 1 4 2は、偏光分離膜〗 4 4を通過する光の出射面部分に λ Ζ 2位相差層 1 4 6が形成されており、反射膜 1 4 5で反射された光の出射面部分は 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 1 4 4を透過した ρ偏光光は、 λ Ζ 2位相差層 1 4 6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 1 4 0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偏光光となって出射する。

なお、図 7 (Α) から解るように、偏光変換素子 1 4 0の一ヶ所の偏光分離膜 1 4 4から出射する s偏光光の中心の位置（2つの s偏光光をひとまとまりの光束とみなした場合の中心の位置）は、入射するランダムな光束（ミ偏光光+卩偏光光）の中心よりも X方向にずれている。このずれ量は、ぇ 2位相差層1 4 6の幅 W p (すなわち偏光分離膜 1 4 4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 1 1 0の光軸（2点鎖線で示す）は、偏光変換素子 1 4 0以降のシステム光軸（一点鎖線で示す）から、 W p Z 2に等しい距離 Dだけずれた位置に設定されている。

図 5に示す投写型表示装置において、光源 1 1 0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 1 2 0， 1 3 0によつて、複数の部分光束に分割される。第 1のレンズアレイ 1 2 0の小レンズ 1 2 2は、各部分光束を偏光変換素子〗 4 0の偏光分離膜 1 4 4 (図 7 ) の近傍で集光させる。偏光変換素子 1 4 0から出射された部分光束は、段付き反射ミラー 1 5 0で反射される。この段付き反射ミラー 1 5 0の構成と機能については後述する。重畳レンズ 1 6 0は、これらの複数の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 2 5 0， 2 5 2， 2 5 4に集光させる重畳光学系としての機能を有する。この結果、各液晶ライ卜バルブ 2 5 0， 2 5 2 , 2 5 4は、ほぼ均一に照明される。

2枚のダイクロイツクミラー 2 1 0 , 2 1 2は、重畳レンズ 1 6 0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のダイクロイツクミラー 2 1 0は、照明光学系 1 0 0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のダイクロイツクミラー 2 1 0を透過した赤色光は、反射ミラー 2 2 0で反射され、フィールドレンズ 2 4 0を通って赤光用の液晶ライ卜バルブ 2 5 0に達する。このフィールドレンズ 2 4 0は、偏光変換素子 1 4 0から出射された部分光束をその中心光路に対して平行な光束に変換する機能を有する。他の液晶ライ卜バルブの前に設けられたフィールドレンズ 2 4 2 , 2 4 4も同様である。第 1のダイクロイツクミラ一 2 1 0で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第 2のダイクロイツクミラ一 2 1 2によって反射され、フィールドレンズ 2 4 2を通って緑光用の液晶ライ卜バルブ 2 5 2に達する。一方、青色光は、第 2 のダイクロイツクミラー 2 1 2を透過し、入射側レンズ 2 3 0、リレーレンズ 2 3 2および反射ミラー 2 2 2， 2 2 4を備えたリレーレンズ系を通り、さらにフィ一ルドレンズ（出射側レンズ） 2 4 4を通って青色光用の液晶ライ卜バルブ 2 5 4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ので、光の利用効率の低下を防止するためである。

3枚の液晶ライ卜バルブ 2 5 0 , 2 5 2， 2 5 4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。クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0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、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0の構成は、図 1 8および図 1 9で説明したものと同じである。すなわち、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0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。クロスダイク口イツクプリズム 2 6 0で生成された合成光は、投写レンズ系 2 7 0の方向に出射される。投写レンズ系 2 7 0は、この合成光を投写スクリーン 3 0 0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。

さて、図 5に示す投写型表示装置 1 0 0 0は、段付き反射ミラー 1 5 0に特徴がある。図 8は、段付き反射ミラー 1 5 0の構成を示す正面図（A) および平面図（B ) ， ( C) である。なお、（B ) ， ( C ) は、（A) を側方から見た図である。この段付き反射ミラー 1 5 0は、平坦なメインミラー 1 5 2の上に、細長い帯状の 2つのサブミラー 1 5 4を貼りつけたものである。 2つのサブミラー 1 5 4は、メインミラー 1 5 2の高さの中心からほぼ対称な高さに、それぞれ水平に貼りつけられている。これらのミラーは、全反射ミラ一、または、熱エネルギ一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。熱エネルギーや紫外線を透過させる機能を段付き反射ミラー 1 5 0に持たせることにより、液晶ライトバルブ 2 5 0， 2 5 2， 2 5 4に通常設けられ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。

図 9、図 1 0は、段付き反射ミラー 1 5 0の機能を示す説明図である。なお、図 1 0は、図 9の A— A線を含む X y平面における断面図である。図 9、図 1 0 には、実線と一点鎖線により 2本の中心光路が示されている。実線はサブミラー 1 5 4で反射される光の中心光路を示し、一点鎖線はメインミラー 1 5 2で反射される光の中心光路を示している。これらの図から解るように、 2本の光路は、いずれもレンズアレイ 1 2 0， 1 3 0の同じ列方向位置（X方向位置）に並ぶ小レンズを通過する部分光束の中心光路を示すものであり、その行方向位置（y方向位置）が異なるだけである。図 9から解るように、実線で示す光路は、段付き反射ミラー 1 5 0で反射された後に、一点鎖線で示す光路に対して X方向にずらされる。

ここで、実線で示されるサブミラー 1 5 4で反射される光の中心光路が、一点鎖線で示されるメインミラ一 1 5 2で反射される光の中心光路に対して、段付き反射ミラ一 1 5 0によってずらされるということは、レンズアレイ 1 2 0， 1 3 0の同じ列方向に並ぶ小レンズを通過する部分光束のうち、サブミラ _ 1 5 4で反射される光束と、メインミラー 1 5 2で反射される光束とが、反射ミラー 1 5 0により X方向にずらされるということと同じ意味である。この結果、これらの部分光束は、重畳レンズ 1 6 0の X方向の互いに異なる位置に入射するため、液晶ライ卜バルブ 2 5 2上を照明して通過する入射角度がそれぞれ異なることになる。

液晶ライ卜バルブ 2 5 2上を異なる入射角度で通過した部分光束は、液晶ライ卜バルブ 2 5 2において変調を受けた後、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0 内を通過する。図 9から解るように、メインミラー 1 5 2により反射された部分光束の中心光路と、サブミラー 1 5 4により反射された部分光束の中心光路とでは、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0への入射角度、すなわち、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0内の通過角度が異なることになり、クロスダイクロイックプリズム 2 6 0の中心軸 2 6 2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、部分光束の中心光路のクロスダイクロイックプリズム 2 6 0内の通過角度が異なれば、また、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0の中心軸 2 6 2に対する部分光束の中心光路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 ケ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。

図 1 1は、図 9における段付き反射ミラー 1 5 0と偏光変換素子 1 4 0の部分を拡大して示す図である。偏光変換素子 1 4 0は、入射したランダムな偏光成分を有する光束を、 s偏光光束に変換して出射する。偏光分離膜 1 4 4、 λ / 2 位相差層 1 4 6を経て出射される s偏光光束の中心光路と、偏光分離膜 1 4 4、反射膜 1 4 5を経て出射される s偏光光束の中心光路との間の距離 Lは、偏光分離膜 1 4 4と反射膜 1 4 5の距離 Wの 2倍である。この距離 Lと距離 Wとの関係は、偏光分離膜 1 4 4と反射膜 1 4 5が光入射面に対して 4 5度傾いていることに対応している。また、図から解るように、この関係は、実線で示す s偏光光束の中心光路と、一点鎖線で示す s偏光光束の中心光路とで共通である。この実施例において、サブミラー〗 5 4の厚さ hは、偏光分離膜 1 4 4と反射膜 1 4 5の距離 Wの 1 Z 2に設定されている。段付き反射ミラー 1 5 0はシステ厶光軸に対して 4 5度傾いているので、この段付き反射ミラー 1 5 0で反射された後は、実線と一点鎖線とで示される中心光路の X方向の位置がずれ、 4つの中心光路がそれぞれ X方向に 1_ 2の距離で等間隔に配置されることになる。液晶ライ卜バルブ 2 5 2上を互いに異なる入射角度で通過した部分光束は、液晶ライ卜バルブ 2 5 2において変調を受けた後、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0内を通過する。図 9からも解るように、段付き反射ミラー 1 5 0において互いに位置がずらされた 4つの中心光路は、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0への入射角度が異なることになリ、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0の中心軸 2 6 2に対してそれぞれ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、部分光束の中心光路のク口スダイクロイツクプリズ厶 2 6 0への入射角度、すなわち、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0内の通過角度が異なれば、また、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0の中心軸 2 6 2 に対する部分光束の中心光路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ケ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。

なお、図 9に関する説明からわかるように、インテグレ一夕光学系を備えた照明光学系に段付き反射ミラー 1 5 0を採用しただけでも暗線は目立たなくなるが、これに偏光変換素子を組み合わせればさらに暗線が目立たなくなる。なぜならば、ィンテグレータ光学系を備えた照明光学系に段付き反射ミラ一 1 5 0を採用すれば、レンズアレイ 1 2 0 , 1 3 0の同じ列方向位置（X方向位置）に並ぶ小レンズを通過する部分光束の中心光路を 2つの異なる X方向位置にずらすことができるため、暗線も 2ケ所に分散されることとなる。これに、さらに偏光変換素子を組み合わせれば、レンズアレイ 1 2 0， 1 3 0の同じ列方向（X方向位置）に並ぶ小レンズを通過する部分光束の中心光路を 4つの異なる X方向位置にずらすことができるため、暗線も 4ケ所に分散されることになるからである。

なお、サブミラー 1 5 4の厚さ hは、同じ列に存在する小レンズを通過する部分光束のうち、段付き反射ミラー 1 5 0により z方向の位置がずらされる部分光束の中心光路と、そうでない部分光束の中心光路との間の距離 Iが、偏光分離膜 1 4 4、 λ Ζ 2位相差層 1 4 6を経て出射される s偏光光束の中心光路と、偏光分離膜 1 4 4、反射腠 1 4 5を経て出射される s偏光光束の中心光路との間の距離 Lと異なる値になるように設定すれば良い。特に、図 1 1に示すように、 I = L _ 2となるように厚さ hを設定すると、スクリーン上に投影される暗線の分散される位置が最も離れることになリ、従って、最も暗線を目立ちにくくすることができる。

ところで、図 8に示す 2つのサブミラー 1 5 4の高さ方向における位置と幅は、光源 1 1 0からの光束の強度が大きい位置に対応するように決定されている。すなわち、レンズアレイ 1 2 0， 1 3 0の高さの中心から凹面鏡 1 1 4の焦点距離 fだけ離れた位置に存在する小レンズを通過する部分光束の光強度は、他の高さ位置の小レンズを通過する部分光束の光強度よりも大きい。従って、段付き反射ミラー 1 5 0のサブミラー 1 5 4を、これらの光強度の大きい部分光束が反射する領域を通過する光の光軸をずらすことができるように設けると効果的である。サブミラー 1 5 4の幅（高さ方向の寸法）は、図 8に示す例よりも大きくするようにしてもよい。投写スクリーン上の暗線は、その光量が他の部分の光量の約 9 5 %以下になると目立ちやすく、約 9 8〜 9 7 %程度以上ではあまり目立たない。従って、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0の中心軸が投影されてできる暗線の光量が、他の部分の光量の約 9 8 %以上になるように、サブミラー 1 5 4の幅を調整すればよい。

なお、図 8に示す段付き反射ミラー 1 5 0では、メインミラー 1 5 2とサブミラー 1 5 4の 2段の構成としていたが、 3段以上の多段の段付き反射ミラ一を使用することも可能である。

B . 第 2実施例：

図 1 2は、この発明による第 2実施例の投写型表示装置 2 0 0 0およびその照明光学系の要部を示す図であり、第 1実施例の図 9に相当する図である。第 2実施例は、第 1実施例の段付き反射ミラー 1 5 0の代わリに通常の平坦な反射ミラ一 1 5 6を用い、また、偏光変換素子 1 4 0と反射ミラ一 1 5 6との間に平板状の透光性板材 1 5 8を設けたものである。他の構成要素は、第 1実施例の投写型表示装置 1 0 0 0と同じである。なお、透光性板材 1 5 8は、第 2のレンズァレィ 1 3 0と重畳レンズ 1 6 0との間に設ければよい。例えば、反射ミラー 1 5 6 と重畳レンズ 1 6 0の間に設けるようにしてもよい。

透光性板材 1 5 8は、図 8に示す 2枚のサブミラー 1 5 4に相当する高さ位置に、 2枚設けられている。なお、透光性板材 1 5 8の高さ方向の大きさは、第 1 実施例で説明したサブミラー 1 5 4 (図 8 ) にほぼ等しい。ところで、クロスダィクロイツクプリズム 2 6 0の中心軸 2 6 2は、図 1の紙面と垂直な方向に沿つて伸長している。従って、透光性板材 1 5 8は、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0の中心軸 2 6 2に相当する方向の周リに回転した位置に、レンズァレイ 1 2 0， 1 3 0の面から傾いて設置されている。透光性板材 1 5 8としては、板ガラスや板状の光学ガラスを用いることができる。

周知のように、平板状の透光性板材 1 5 8は、斜めに入射した光線の光路をほぼ平行移動させる機能を有している。 2枚の透光性板材 1 5 8は、 2枚のサブミラー 1 5 4に相当する位置にそれぞれ設けられているので、この透光性板材 1 5 8を通過する光線の光路は、図 1 2において一点鎖線で示すように平行移動する。一方、実線で示す光線は、透光性板材 1 5 8を通過しないので光路が変更されていない。

このように、第 2実施例における段付き反射ミラー 1 5 0と、第 1実施例における透光性板材 1 5 8は、どちらも、レンズアレイ 1 2 0， 1 3 0の同じ列方向位置を通過した複数の部分光束の中の一部の光路を、他の部分光束の光路からずらす光路変更手段としての機能を有する。また、これらと、重畳レンズ 1 6 0とは、レンズアレイ 1 2 0， 1 3 0の同じ列方向位置を通過した複数の部分光束のうち、一部の部分光束の光路のクロスダイクロイツクプリズム 2 6 0へ入射する入射角度が、他の部分光束の光路の入射角度と異なるようにする光路角度変更手段としての機能を有する。なお、光路変更手段による光路の変更幅は、少なくとも偏光変換素子 1 4 0で分離される 2本の直線偏光成分の間の距離と異なる値になるように設定されている。第 2実施例の場合には、透光性板材 1 5 8の屈折率と傾き角と厚みとを調整することによつて、光路の変更幅を調整することが可能である。

なお、光路変更手段としては、段付き反射ミラーや透光性板材以外のものを使用するようにしてもよく、複数種類の光路変更手段を組み合わせて使用することも可能である。

C . 第 3実施例：

図 1 3は、第 1実施例のレンズアレイ 1 2 0， 1 3 0と、第 3実施例の投写型表示装置 3 0 0 0に用いられるレンズアレイ 1 2 4， 1 3 4とを比較して示す正面図である。第 3実施例は、これらのレンズアレイ 1 2 4 , 1 3 4を用い、また、段付き反射ミラー 1 5 0の代わりに通常の平坦な反射ミラ一を用いている。第 3 実施例の投写型表示装置 3 0 0 0は、これらの点と、後述する偏光変換素子の変更点以外は、第 1実施例の投写型表示装置 1 0 0 0と同じ構成を有している。図 1 3 ( B ) に示すように、第 3実施例のレンズアレイ 1 2 4， 1 3 4は、 1 0行の小レンズの中で、 4行目と 7行目の小レンズを他の行から左右にずらしたものである。すなわち、 4行目の小レンズは他の行からずれ量 dだけ右にずれており、 7行目の小レンズは、逆に、他の行からずれ量 dだけ左にずれている。

4行目と 7行目は、レンズアレイの高さ方向の中心から、凹面鏡 1 1 4の焦点距離 fだけ離れた位置にそれぞれ存在する。前述したように、この高さ位置を通過する部分光束は、他の高さ位置を通過する部分光束よりも強度が高い。従って、これらの行の小レンズを左右にずらすことによって、これらの小レンズを通過する部分光束が、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0を通過する時の角度を変更することができる。この様子を図 1 4を用いて説明する。図 1 4においては、説明をわかりやすくするために本実施例の投写型表示装置 3 0 0 0の構成要素（後述する偏光変換素子 1 4 8等）の一部を省略してある。また、図 1 4には、第 2 のレンズアレイ 1 3 4のうち、 3行目と 4行目の部分のみが図示されている。この図から解るように、これらの小レンズを通過する部分光束の、クロスダイク口イツクプリズム 2 6 0内を通過する時の角度はずれており、暗線 D L d， D L e が異なる位置に形成されている。この結果、投写スクリーン 3 0 0上の暗線形成を分散させて目立ちにくくすることができる。なお、この結果は先に述べた第 2 の原理に基づくものである。

4 ラ目と 7 ラ目の小レンズのずれ量 dは、小レンズの幅 Pの約 1 3に設定することが好ましい。こうすれば、 4行目の小レンズと、 7行目の小レンズも互いに左右にずれた位置に配置され、さらに投写スクリーンの暗線形成位置を分散させて、目立ちにくくすることができるからである。

図 1 5は、第 1実施例に使用される偏光変換素子 1 4 0と、第 3実施例に使用される偏光変換素子とを比較して示す図である。図 1 5 (A) は、第 1実施例における第 2のレンズアレイ 1 3 0と偏光変換素子 1 4 0の平面図、図 1 5 ( B ) は第 1実施例の偏光変換素子 1 4 0の正面図である。これから解るように、偏光変換素子 1 4 0の偏光ビームスプリッタアレイ 1 4 1と選択位相差板 1 4 2は、それらの構成要素（透光性板材ゃ λ Ζ 2位相差板）が、正面から見て垂直方向に伸長する向きに配置されている。

図 1 3 ( Β )に示すレンズアレイ 1 2 4， 1 3 4を用いる場合には、図 1 5 ( C ) または図 1 5 ( D) に示すような偏光変換素子を使用する。図 1 5 ( C ) に示す偏光変換素子 1 4 8は、レンズアレイ 1 2 4， 1 3 4のずれた行に対応する位置において、そのずれ量 dと同じだけ偏光ビームスプリッタアレイと選択位相差板とをずらせた構成を有している。一方、図 4 ( D ) に示す偏光変換素子 1 4 9は、偏光ビームスプリッタアレイと選択位相差板が、正面から見て水平方向に伸長する向きに構成されている。図 4 ( D) のように、水平方向に伸長する向きに配置すれば、レンズァレイの行のずれ量 dが変わつても同じ偏光変換素子を用いることができるという利点がある。但し、こうするためには、図 4 ( D ) の偏光変換素子の横幅を十分に大きく設定しておく必要がある。

D . 第 4実施例：

図 1 6は、第 1実施例のレンズアレイ 1 2 0， 1 3 0と、第 4実施例に用いられるレンズアレイ 1 2 6 , 1 3 6とを比較して示す正面図である。第 4実施例は、これらのレンズアレイ 1 2 6， 1 3 6を用いる点と、これに対応した偏光変換素子を用いる点以外は、第 3実施例と同じ構成を有している。なお、偏光変換素子としては、図 1 5に示す第 3実施例と同様なものを使用できるので、その説明は省略する。

図 1 6 ( B ) に示すように、第 4実施例のレンズアレイ 1 2 6 , 1 3 6は、小レンズの各行が順次少しずつずれている。すなわち、 1， 4， 7， 1 0行目は等しい位置に配置されており、同様に、 2， 5， 8行目と、 3， 6， 9行目も、それぞれ等しい位置に配置されている。 1行目を基準にすれば、 2， 5， 8行目は、 1行目からずれ量 dだけ右にずれた位置にある。また、 3 , 6， 9行目は、これとは反対に、 1行目からずれ量 dだけ左にずれた位置にある。

ずれ量 dは、小レンズの幅 Pの約 1 / 3に設定することが好ましい。こうすれば、 1 0行のうちの 2 Z 5の行が互いに垂直方向（すなわち列方向）に重なるだけである。上述したように、列方向の同じ位置に並ぶ複数の小レンズは、投写スクリーン上において同じ位置にクロスダイクロイツクプリズム 2 6 0の中心軸を投影して暗線を形成する。従って、同じ列方向位置に重なるレンズアレイの行数が、その総数の約 2 Z 5以下になるようにレンズァレイの行を左右にずらすことによって、投写スクリーン 3 0 0上の暗線を目立ちにくくすることが可能である。なお、ずれ量 dの値は、小レンズの幅 Pの約 1 4に設定することがもっと好ましい。一般には、小レンズの幅 Pの約 1 3〜約 1 Z 5の範囲のずれ量 dだけ、各行を相互に左右にずらすようにすることが好ましい。以上の第 3および第 4実施例のように、 2枚のレンズァレイと偏光変換素子に種々の工夫を施すことによって、クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0の中心軸が投写スクリーン 3 0 0上に投影されて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、暗線を目立ちにくくする発明は、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る。

すなわち、投写型表示装置は、照明光を出射する照明光学系と、 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、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、色光合成手段によリ合成された光を投写面上に投写する投写手段と、を備え、少なくとも色光合成手段の中心軸に相当する所定の方向にほぼ沿って分割された少なくとも一列の複数の部分光束を発生するとともに、光変調手段上で複数の部分光束をほぼ重畳する分割重畳光学系を、備えている。そして、この分割重畳光学系は、一列の複数の部分光束のうち一部の部分光束によつて、色光合成手段の中心軸が投写面上に投写される位置が、他の部分光束によって投写される位置から、色光合成手段の中心軸に相当する方向とは異なる方向にずれるように構成されていればよい。これによれば、一列の複数の部分光束のうち一部の部分光束は、色光合成手段の中心軸を投写面上の異なった位置に投影して暗線を形成するので、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可能である。

また、上記各実施例では、偏光変換素子を用いて〗つの直線偏光成分に変換していたが、偏光変換素子を省略することも可能である。この場合にも、上述した各実施例において、投写スクリーン上に形成される暗線を目立たなくする効果はほぼ同様に達成される。

また、上記各実施例では、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、液晶ライ卜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、光変調手段が光を透過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、クロスダイクロイツクプリズムは、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さる。産業上の利用可能性

この発明にかかる照明光学系は、種々の投写型表示装置に適用可能である。また、この発明による投写型表示装置は、例えばコンピュータから出力された画像やビデオレコーダから出力された画像をスクリーン上に投写して表示するために適用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 照明光を出射する照明光学系と、

前記照明光を 3色の光に分離する色光分離手段と、

X字状に配置された 2種類のダイクロイック膜を備え、前記ダイクロイツ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リ変調された 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、

前記照明光学系は、

前記分割重畳光学系は、

同じ列方向に存在する前記複数の部分光束のうち一部の部分光束によつて前記中心軸が前記投写面上に投写される位置が、他の部分光束によって投写される位置から前記中心軸に相当する方向とは異なる方向にずれるように構成されていることを特徴とする、投写型表示装置。

2 . 請求項 1記載の投写型表示装置であって、

前記分割重畳光学系は、

前記複数の部分光束を発生させる光束分割手段と、

同じ列方向に存在する前記部分光束のうち、一部の部分光束を、他の部分光束と異なる入射角度で前記色光合成手段に入射させる入射角度変更手段を備えていることを特徴とする、投写型表示装置。

3 . 請求項 2記載の投写型表示装置であつて、

前記光束分割手段は前記列方向および前記行方向に配列された複数の小レンズを備えた少なくとも 1枚のレンズアレイを備え、

前記入射角度変更手段は反射面に段差を有する段付き反射ミラーを備える、投

4 . 請求項 2記載の投写型表示装置であつて、

前記入射角度変更手段は前記レンズァレイの面に対して傾 t、て配置された透光性板材を備える、投写型表示装置。

5 . 照明光を出射する照明光学系と、

前記照明光を、 3色の光に分離する色光分離手段と、

前記照明光学系は、

光源から出射される光束を複数の部分光束に分割する複数の小レンズを有する第 1のレンズアレイと、前記第 1のレンズアレイの前記複数の小レンズにそれぞれ対応する複数の小レンズを有する第 2のレンズァレイと、

を備えることを特徴とする投写型表示装置。

6 . 請求項 5記載の投写型表示装置であって、

前記光路変更手段は、前記所定の方向に沿って、前記光源の光軸から一定の距離だけそれぞれ離れた位置を通過する部分光束の光路を、他の位置を通過する部分光束の光路からずらす手段を備える、投写型表示装置。

7 . 請求項 6記載の投写型表示装置であつて、

前記光源は、光源ランプと、前記光源ランプから出射される光を反射する凹面鏡とを備え、

前記一定の距離は、前記凹面鏡の焦点距離にほぼ等しい、投写型表示装置。

8 . 請求項 5記載の投写型表示装置であつて、

前記光路変更手段は、反射面に段差を有する段付き反射ミラーを備える、投写

9 . 請求項 8記載の投写型表示装置であつて、

前記段付き反射ミラーの段部は、前記所定の方向とは垂直な方向に沿って設けられている、投写型表示装置。

1 0 . 請求項 8記載の投写型表示装置であって、前記段付き反射ミラーは、互いに高さの異なる第 1の反射面と第 2の反射面とを有し、前記色光合成手段の前記中心軸に相当する前記所定の方向に沿って前記光源の光軸から一定の距離だけそれぞれ離れた 2つの位置に前記第 2の反射面がそれぞれ設けられている、投写型表示装置。

1 1 . 請求項 5記載の投写型表示装置であって、

前記光路変更手段は、前記第 2のレンズァレイの面から傾いて配置された透光性板材を備える、投写型表示装置。

1 2 . 請求項 5ないし請求項 1 1のいずれか記載の投写型表示装置であって、前記照明光学系は、さらに、

前記光路変更手段によって、前記色光合成手段の前記中心軸に相当する所定の方向に沿って配列されている前記複数の小レンズを通過し、前記偏光ビー厶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光路の一部が他の光路からずらされる、投写型表示装置。

1 3 . 請求項 1 2記載の投写型表示装置であって、

前記 2種類の直線偏光成分の光路の一部が前記光路変更手段によつて他の光路からずらされる量は、前記 2種類の直線偏光成分の隣接する光路間の距離の約 1 2である、投写型表示装置。

1 4 .請求項 5ないし請求項 1 3のいずれかに記載の投写型表示装置であって、さらに、

前記第 1と第 2のレンズアレイを順次通過した複数の部分光束を重畳させて前記 3組の光変調手段を照明する重畳光学系を備え、

前記光路変更手段は、前記第 2のレンズァレイと前記重畳光学系との間に設けられている、投写型表示装置。

1 5 . 照明光を出射する照明光学系と、

前記照明光を、 3色の光に分離する色光分離手段と、

前記照明光学系は、

前記第 1と第 2のレンズアレイのそれぞれは、

前記色光合成手段の前記中心軸に相当する方向と垂直な行方向に沿って、それぞれ複数の小レンズを有する複数の行に分割されており、前記色光合成手段の前記中心軸に相当する方向に沿って、前記光源の光軸から一定の距離だけそれぞれ離れた位置に存在する行が、他の行から一定のずれ量だけずれた位置に配置されていることを特徴とする、投写型表示装置。

1 6 . 請求項 1 5記載の投写型表示装置であって、

1 7 . 照明光を出射する照明光学系と、

前記照明光を、 3色の光に分離する色光分離手段と、

前記照明光学系は、

前記第 1と第 2のレンズアレイのそれぞれは、

前記色光合成手段の前記中心軸に相当する方向と垂直な行方向に沿って、それぞれ複数の小レンズを有する複数の行に分割されており、前記複数の行の少なくとも一部の行が他の行からずれた位置に配置されて、行方向と垂直な方向に見たときに前記小レンズが互いに等し t、位置に配列されて t、る行の数が、前記複数の行の総数の 2 5以下に設定されていることを特徴とする、投写型表示装置。

1 8 . 請求項 1 7記載の投写型表示装置であって、

前記第 1と第 2のレンズアレイの前記複数の行が、一定のずれ量だけ順次互いにずれた配置を有する、投写型表示装置。

1 9 . 照明光を、 3色の光に分離する色光分離手段と、

前記色光合成手段によリ合成された光を投写面上に投写する投写する投写手段とを備える投写型表示装置に使用され、前記照明光を出射する照明光学系であつて、

前記分割重畳光学系は、

同じ列方向に存在する前記複数の部分光束のうち一部の部分光束によつて前記中心軸が前記投写面上に投写される位置が、他の部分光束によつて投写される位置から前記中心軸に相当する方向とは異なる方向にずれるように構成されていることを特徴とする照明光学系。

2 0 . 請求項 1 9記載の照明光学系であって、

前記分割重畳光学系は、

前記複数の部分光束を発生させる光束分割手段と、

同じ列方向に存在する前記部分光束のうち、一部の部分光束を、他の部分光束と異なる入射角度で前記色光合成手段に入射させる入射角度変更手段を備えていることを特徴とする照明光学系。

2 1 . 請求項 2 0記載の照明光学系であって、

前記入射角度変更手段は反射面に段差を有する段付き反射ミラーを備える、照明光学系。

2 2 . 請求項 2 0記載の照明光学系であって、

前記入射角度変更手段は前記レンズァレイの面に対して傾いて配置された透光性板材を備える、照明光学系。

2 3 . 照明光を出射する照明光学系であって、

所定の方向に沿って配列されている前記複数の小レンズを通過する複数の部分光束のうち、一部の部分光束の光路を他の部分光束の光路からずらす光路変更手段と、

を備えることを特徴とする照明光学系。

2 4 . 請求項 2 3記載の照明光学系であって、

前記光路変更手段は、前記所定の方向に沿って前記光源の光軸から一定の距離だけそれぞれ離れた位置を通過する部分光束の光路を、他の位置を通過する部分光束の光路からずらす手段を備える、照明光学系。

2 5 . 請求項 2 4記載の照明光学系であつて、

前記一定の距離は、前記凹面鏡の焦点距離にほぼ等しい、照明光学系。

2 6 . 請求項 2 3記載の照明光学系であつて、

前記光路変更手段は、反射面に段差を有する段付き反射ミラーを備える、照明光学系。

2 7 . 請求項 2 6記載の照明光学系であって、

前記段付き反射ミラーの段部は、前記所定の方向とは垂直な方向に沿って設けられている、照明光学系。

2 8 . 請求項 2 6記載の照明光学系であつて、

前記段付き反射ミラーは、互いに高さの異なる第 1の反射面と第 2の反射面とを有し、前記色光合成手段の前記中心軸に相当する前記所定の方向に沿って前記光源の光軸から一定の距離だけそれぞれ離れた 2つの位置に前記第 2の反射面がそれぞれ設けられている、照明光学系。

2 9 . 請求項 2 3記載の照明光学系であって、

前記光路変更手段は、前記第 2のレンズァレイの面から傾いて配置された透光性板材を備える、照明光学系。

3 0 . 請求項 2 3ないし請求項 2 9のいずれかに記載の照明光学系であって、さらに、

前記偏光変換素子は、互いに平行な複数組の偏光分離膜と反射膜を有し、前記第 2のレンズァ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、

前記光路変更手段によって、前記所定の方向に沿って配置される前記複数の小レンズを通過し、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光路の一部が他の光路からずらされる、照明光学系。

3 1 . 請求項 3 0記載の照明光学系であって、

前記 2種類の直線偏光成分の光路の一部が前記光路変更手段によつて他の光路からずらされる量は、前記 2種類の直線偏光成分の隣接する光路間の距離の約 1 2である、照明光学系。

3 2 . 請求項 2 3ないし請求項 3 1のいずれかに記載の照明光学系であって、さらに、

前記第 1と第 2のレンズァレイを順次通過した複数の部分光束を重畳させて前記 3組の光変調手段を照明する重畳光学系を備え、

前記光路変更手段は、前記第 2のレンズァレイと前記重畳光学系との間に設けられている、照明光学系。

3 3 . 照明光を出射する照明光学系であって、

前記第 1のレンズァレイの前記複数の小レンズにそれぞれ対応する複数の小レンズを有する第 2のレンズァレイとを有し、

前記第 1と第 2のレンズアレイのそれぞれは、

所定の方向と垂直な行方向に沿ってそれぞれ複数の小レンズを有する複数の行に分割されており、前記所定の方向に沿って、前記光源の光軸から一定の距離だけそれぞれ離れた位置に存在する行が、他の行から一定のずれ量だけずれた位置に配置されていることを特徴とする、照明光学系。

3 4 . 請求項 3 3記載の照明光学系であって、

3 5 . 照明光を出射する照明光学系であって、

前記第 1のレンズアレイの前記複数の小レンズにそれぞれ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 1と第 2のレンズアレイのそれぞれは、所定の方向とは垂直な行方向に沿って、それぞれ複数の小レンズを有する複数の行に分割されており、前記複数の行の少なくとも一部の行が他の行からずれた位置に配置されて、行方向と垂直な方向に見たときに前記小レンズが互いに等しい位置に配列されている行の数が、前記複数の行の総数の 2 5以下に設定されていることを特徴とする、照明光学系。

3 6 . 請求項 3 5記載の照明光学系であつて、

前記第 1と第 2のレンズアレイの前記複数の行が、一定のずれ量だけ順次互いにずれた配置を有する、照明光学系。