WO1998019212A1 - Ecran de projection et son systeme d'eclairage optique - Google Patents

Ecran de projection et son systeme d'eclairage optique Download PDF

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WO1998019212A1
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light
lens
small lenses
illumination
optical system
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PCT/JP1997/003901
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Yoshitaka Itoh
Toshiaki Hashizume
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Seiko Epson Corporation
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    • H04N5/7441—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal the modulator being an array of liquid crystal cells

Definitions

  • the present invention relates to a projection display device having a color light synthesizing means and an illumination optical system for the same.
  • a projection type display device for projecting a color image on a projection screen often uses a cross-dike opening prism.
  • a cross dichroic prism is used as a color light combining means that combines three colors of red, green, and blue and emits the lights in the same direction.
  • the cross dichroic prism is used as color light separation means for separating white light into red, green, and blue light, and the modulated three-color light is re-used. It is also used as color light combining means for combining and emitting in the same direction.
  • a projection type display device using a cross dichroic prism for example, a projection display device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei.
  • FIG. 17 is a conceptual diagram showing a main part of the projection display device.
  • This projection display device includes three liquid crystal light valves 42, 44, and 46, a cross dichroic prism 48, and a projection lens system 50.
  • the cross dichroic prism 48 combines the three colors of red, green, and blue light modulated by the three liquid crystal light valves 42, 44, and 46 and emits the light toward the projection lens system 50.
  • the projection lens system 50 forms an image of the combined light on a projection screen 52.
  • FIG. 18 is an exploded perspective view of a part of the cross dichroic prism 48.
  • the cross dichroic prism 4 8 is the right-angled surface of the four right-angle prisms, It is manufactured by bonding with an optical adhesive.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram showing a problem when the cross dichroic prism 48 is used.
  • the cross dichroic prism 48 has a red light reflecting film 6 arranged substantially in an X-shape at the X-shaped interface formed by the right-angled surfaces of the four right-angle prisms. 0 R and a blue light reflecting film 60 B.
  • the optical adhesive layer 62 is formed in the gap between the four right-angle prisms, the reflection films 60 R and 60 B are also located at the central axis 48 a of the cross dichroic prism 48. And has a gap.
  • FIG. 19 (B) shows an example of such a dark line DL.
  • the dark line D L is a slightly dark linear area colored differently from the other parts, and is formed substantially at the center of the projected image. It is considered that the dark line DL is caused by light rays being scattered in the gap between the reflective films near the central axis 48a and by not reflecting red light or blue light.
  • This problem also occurs in a cross dichroic mirror in which two types of dichroic mirrors each having a selective reflection film such as a red reflection film and a blue reflection film are crossed in an X shape. Also in this case, a dark line due to the center axis of the mirror is formed in the image.
  • the conventional projection display device has a problem that a dark line may be formed at almost the center of the projected image due to the center axis of the cross dichroic prism 48 or the cross dichroic mirror. .
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the prior art, and has two types of dichroic films arranged in an X shape, such as a cross dichroic prism and a cross dichroic mirror. It is an object of the present invention to provide a technique capable of making a dark line caused by a central axis of an optical means inconspicuous. Disclosure of the invention
  • the direction of light is z direction
  • the direction of 3 o'clock is x direction
  • the direction of 12 o'clock is y direction when viewed from the direction of light (z direction).
  • the X direction indicates the row direction
  • the y direction indicates the column direction.
  • a projection display device as a technique for reducing the in-plane illuminance unevenness of illumination light by dividing light from a light source into a plurality of partial light fluxes, as described in WO 9422022,
  • An illumination optical system using two lens arrays having small lenses referred to as an integrator optical system
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of dark line generation when an integrator optical system is employed in a projection display device using a cross dichroic prism.
  • Figures 1 (A-1) and (B-1) show the luminous flux passing through the small lenses 10 whose positions in the X direction are different from each other, that is, the small lenses 10 existing in different column directions (shown by solid lines in the figure). , And its central optical axis (shown by a fine dotted line in the figure), and Figures 1 (A-2) and (B-2) show the locations of dark lines DLa and DLb on screen 7. It is.
  • a light beam emitted from a light source is split into a plurality of partial light beams by first and second lens arrays 1 and 2 each having a plurality of small lenses 10.
  • the light beam that has passed through each of the small lenses 10 provided in the first and second lens arrays 1 and 2 is converted by the parallelizing lens 15 into a light beam that is parallel to the central axis of each partial light beam.
  • the partial luminous flux passing through the collimating lens 15 is superimposed on the liquid crystal light valve 3, and uniformly illuminates a predetermined area.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of the first and second lens arrays 1 and 2.
  • Each of the first and second lens arrays 1 and 2 has a configuration in which small lenses 10 each having a substantially rectangular outline are arranged in a matrix of M rows and N columns.
  • Fig. 1 (A_1) shows the tracking diagram of the partial light beam passing through the small lens 10 in the second row
  • Fig. 1 (B_1) shows the tracking chart of the third row.
  • a tracing diagram of the partial light beam that has passed through the small lens 10 is shown.
  • the light flux superimposed on the liquid crystal light valve 3 is modulated by the liquid crystal light valve 3 according to image information, and then enters the cross dichroic prism 4.
  • the light beam emitted from the cross dichroic prism 4 is projected on a screen via a projection lens system 6.
  • the light passing through the central axis 5 (along the y direction in the figure) of the cross dichroic prism 4 is also screened. It is projected on the position of Pa and Pb on 7.
  • light rays are scattered in the gap between the reflection films near the central axis 5 or light to be reflected is not reflected, so that light passing around the central axis 5 is not reflected. The amount of light decreases. Therefore, as shown in FIGS. 1 (A-2) and 1 (B-2), portions having lower luminance than the surroundings, that is, dark lines DLa and DLb are formed on the projection screen 7.
  • FIG. 3 (A) is an enlarged view of FIG. 1 (A-1)
  • the image formed by the liquid crystal light valve 3 is inverted and enlarged by the projection lens system 6.
  • FIG. 3 (B) is a cross-sectional view of the cross dichroic prism 4 on the xy plane including the center axis 5.
  • r 1 is from one end 11 of the cross section 8 of the partial light beam when the partial light beam is cut along the Xy plane including the central axis 5 of the cross dichroic prism 4.
  • r 2 is the distance from the other end 1 2 of the cross section 8 of the partial Indicates the distance to Since the image of the cross section of the partial light beam 8 is inverted by the projection lens system 6, enlarged, and projected on the projection screen 7, the dark line DL is projected from one end 13 of the projection area 9 on the projection screen.
  • the ratio of the distance R 2 to a to the distance R 1 from the other end of the projection area 9 to the dark line DL a is equal to the ratio of the distance 2 to the distance r 1.
  • the position where the zero sound ray DLa is formed depends on the position of the cross section of the partial light beam 8 in the Xy plane including the central axis 5 of the cross dichroic prism 4 with respect to the central axis 5. It depends on crab.
  • the center axis of the cross dichroic prism 4 of the partial light beam passing through the small lens 10 existing in the columns other than the second and seventh columns of the first and second lens arrays 1 and 2 Since the positions of the cross-sections on the X-y plane including 5 are also different, the number of columns of the first and second lens arrays 1 and 2, that is, N dark lines must be formed on the projection screen 7. It becomes.
  • each of the N dark lines is formed by overlapping partial light fluxes passing through M small lenses arranged in the same column direction position of the first and second lens arrays 1 and 2, and their darkness Is approximately equal to the sum of the darknesses of the dark lines formed by each lenslet.
  • the partial luminous flux with respect to the central axis 5 of the cross dichroic prism 4 are different, the position where the dark line is formed is also different.
  • the partial light beams passing through the different columns of the first and second lens arrays 1 and 2 form dark lines at different positions since the positions of the cross dichroic prism 4 with respect to the central axis 5 are different from each other. (Second principle)
  • the position of the cross section of the partial light beam on the xy plane including the central axis 5 of the cross dichroic prism 4 is different because the angle of the partial light beam incident on the cross dichroic brhythm 4 is different ( refer graph1) .
  • the partial light beams passing through the different columns of the first and second lens arrays 1 and 2 are incident on the cross dichroic prism 4 at different angles, so that the positions of the partial light beams on the central axis 5 are different. Therefore, if the angle of the partial light beam incident on the cross dichroic prism 4 is different, or if the angular force of the partial light beam superimposed on the liquid crystal light valve 3 ⁇ different, the position where the dark line is formed is different. Become. (Conclusion)
  • the partial luminous fluxes passing through the M small lenses arranged in the same column direction position of the first and second lens arrays 1 and 2 are respectively located at substantially equal positions on the projection screen.
  • the darkness of the dark line is approximately equal to the sum of the darknesses of the dark lines formed by the respective small lenses. Therefore, the dark lines formed by each of the partial light beams passing through the M small lenses may be formed at different positions on the projection screen. In other words, in this case, although the number of dark lines increases, the darkness of each dark line can be reduced, and as a result, the dark lines become very inconspicuous. It should be noted that it is not necessary that all dark lines passing through M small lenses be formed at different positions, but that only a part of them be formed at different positions is sufficient.
  • the formation of the dark line at a different position is based on the first principle and the second principle described above. It is possible according to any of the principles.
  • Color light separation means for separating illumination light into three colors of light
  • Three sets of light modulating means for modulating each of the three colors of light based on a given image signal
  • An illumination optical system that emits the illumination light
  • the projection optical system including: a projection unit that projects the light synthesized by the color light synthesis unit onto a projection surface; and A split superimposing optical system that generates a plurality of partial luminous fluxes divided in a column direction substantially parallel to an axis and a row direction substantially perpendicular to the column direction, and superimposes the plurality of partial luminous fluxes;
  • the split superimposing optical system Among the partial light beams existing in the same column direction, an illumination area on the light modulating means illuminated by a partial light beam is deviated from the illumination area illuminated by another partial light beam in the row direction. It is characterized by having.
  • One partial light beam forms a dark line corresponding to the central axis by projecting the central axis of the color light combining means on the projection surface, and a plurality of partial light beams in a row usually have the central axis of the color light combining means projected on the projection surface.
  • the projection is made at almost the same position above to form a dark line.
  • the illumination area on the light modulating means that is illuminated by the partial light beam is shifted from the illumination area that is illuminated by the other partial light beam in the row direction (the direction substantially perpendicular to the column direction substantially parallel to the central axis) ).
  • the position of the central optical path of some partial light beams with respect to the central axis of the color light combining means can be shifted from the position of the central optical path of other partial light beams. Forms dark lines at different locations. Therefore, it is possible to make dark lines formed in the projected image less noticeable.
  • a first lens array having a plurality of small lenses arranged in the column direction and the row direction;
  • a second lens array having a plurality of small lenses arranged respectively corresponding to the plurality of small lenses of the first lens array
  • At least some of the small lenses of the at least one row of the second lenses in the second lens array have an optical center at a position different from the optical center of the other small lenses. It is preferably a lens (eccentric lens).
  • the optical center of some of the at least one row of small lenses through which some of the partial light beams pass is different from the optical center of the other small lenses.
  • the optical path of a partial light beam can be shifted from the optical path of another partial light beam. Therefore, the first principle Based on this, it is possible to prevent the central axes of the color light combining means from being projected to substantially the same position by the plurality of partial light beams. As a result, it is possible to make dark lines formed in the projected image less noticeable.
  • the part of the small lenses has an illumination area on the area to be illuminated by the partial light beam passing through the part of the small lenses, and an illumination area on the area to be illuminated by the partial light beam passing through the other small lens.
  • the optical center is an eccentric lens arranged at a position different from the optical center of the other small lens so as to be shifted in the row direction. In this case, the optical path of the partial light beam passing through some of the small lenses is deviated from the optical path of the partial light beam passing through the other small lenses. It is possible to prevent the central axis of the photosynthesis means from being projected to almost the same position. As a result, it is possible to make dark lines formed in the projected image less noticeable.
  • the plurality of small lenses existing in the same column direction are divided into a plurality of sets, and the small lenses included in the same set have an optical center at the same position with respect to the lens center;
  • the small lenses included in different sets have optical centers at different positions with respect to the lens center.
  • the dark line corresponding to the central axis of the projected color light synthesizing means is formed for each of the plurality of sets. It is possible to prevent the central axis of the means from being projected to almost the same position.
  • the plurality of small lenses existing in the same column direction be grouped so that the light amounts of the partial light beams passing through each of the plurality of sets are equal. If the light intensity of the partial luminous flux passing through each set is different, the darkness of the dark line corresponding to the central axis of the color light combining means projected by the partial luminous flux passing through each set will also change Each is different. It is an object of the present invention to make these dark lines inconspicuous. However, since humans have relatively high ability to discriminate light by relative comparison, it is not preferable that the dark lines have different darknesses. Therefore, if the light amounts of the partial light beams passing through each set are equal, the darkness of the dark line by the partial light beams passing through each set can be made equal.
  • the plurality of sets may be at least two regions divided along the column direction.
  • the plurality of sets are two areas divided along the column direction, and the optical centers of the plurality of small lenses included in one of the two areas and the other area included in the other area. It is preferable that the optical centers of the plurality of small lenses are symmetrical with respect to the lens center.
  • the other region can be configured by arranging the same small lens as the small lens included in one region upside down, so that the second lens array can be formed by one type of small lens. Can be configured.
  • the optical centers of the plurality of small lenses of the second lens array are arranged at point-symmetric positions from the center of the second lens array corresponding to the optical axis center of the light source.
  • Light sources used in projection display devices generally have the largest amount of light at the center of the optical axis, and tend to decrease with distance from the center of the optical axis.
  • a plurality of light sources corresponding to the central axis of the color light combining unit projected by the partial light beams passing through the plurality of small lenses of the second lens array are constructed as described above. The darkness of all dark lines can be made equal.
  • the split superimposing optical system further comprises: A superimposed coupling lens that substantially superimposes and couples a plurality of partial light beams passing through the plurality of small lenses of the first lens array and the second lens array at an illumination position on the light modulation unit;
  • a polarization conversion element provided between the second lens array and the superposition coupling means
  • a polarizing beam splitter array having a plurality of sets of a polarization separation film and a reflection film parallel to each other, and separating each of a plurality of partial light beams passing through a plurality of small lenses of the second lens array into two types of linearly polarized light components; ,
  • a polarization conversion unit for aligning the polarization directions of the two types of linearly polarized light components separated by the polarization beam splitter array.
  • the illumination light having the randomly polarized light can be converted into one kind of linearly polarized light and used, so that the light use efficiency can be improved.
  • Color light separating means for separating the illumination light into light of three colors
  • Three sets of light modulating means for modulating each of the three colors of light based on a given image signal
  • the illumination optical system includes:
  • a split superimposing optical system for superimposing the spectral flux is provided,
  • an illumination area on the light modulating means illuminated by a partial light beam is deviated from the illumination area illuminated by another partial light beam in the row direction. It is characterized by having.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of dark line generation when an integral optical system is employed in a projection display device using a cross dichroic prism.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of the first and second lens arrays 1 and 2.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 1 (A-1) and a cross-sectional view of the cross dichroic prism 4 including the central axis 5 in the xy plane.
  • Fig. 4 is a conceptual diagram showing how the partial luminous flux passing through the Nth row of small lenses of the two lens arrays 1 and 2 is projected onto the projection screen.
  • FIG. 5 is a schematic plan view showing a main part of the projection display apparatus as the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the appearance of the first lens array 120.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the second lens array 130 in the first example.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the function of the second lens array 130.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing a state in which partial light beams from the first and second lens arrays 120 and 130 are superimposed on the liquid crystal light valve 252.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state in which a partial light beam passing through the small lenses 13 2 a, 13 2 b, and 13 22 c passes through the cross dichroic prism 260.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between the optical axis of the small lens in each row of the second lens array 130 and the light amount of the partial light beam passing through each small lens.
  • FIG. 12 is a perspective view showing the appearance of a second lens array 130 ′ having a configuration different from that of the lens array shown in FIG.
  • FIG. 13 is a schematic plan view showing a main part of a projection display apparatus as a second embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing the configuration of the polarization conversion element 140.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram showing the function of the second lens array 130 in the second working example.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram showing the function of the second lens array 130 in the second example.
  • FIG. 17 is a conceptual diagram showing a main part of the projection display device.
  • FIG. 18 is an exploded perspective view of a part of the cross dichroic prism 48.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram showing a problem when the cross dichroic prism 48 is used.
  • the direction of light at 3 o'clock is defined as the X direction
  • the direction of 12 o'clock is defined as the y direction, as viewed from the z direction, the light traveling direction (z direction).
  • FIG. 5 is a schematic plan view showing a main part of the projection display apparatus as the first embodiment of the present invention.
  • This projection display device includes an illumination optical system 100, dichroic mirrors 210, 212, reflection mirrors 212, 222, 224, and an incident side lens 230. , Relay lens 232, three field lenses 240, 242, 244, three liquid crystal light valves (liquid crystal panel) 250, 252, 254, cross die It includes a Kroitsk prism 26 O and a projection lens system 270.
  • the illumination optical system 100 includes a light source 110 that emits a substantially parallel light beam, a first lens array 120, a second lens array 130, a superimposing lens 150, and a reflection mirror. -160.
  • the illumination optical system 100 is an integrator optical system for almost uniformly illuminating the three liquid crystal light valves 250, 255, and 254, which are illuminated areas.
  • the light source 110 includes a light source lamp 112 as a radiation light source that emits a radial light beam, and a concave mirror 111 that emits the radiation light emitted from the light source lamp 111 as a substantially parallel light beam.
  • a concave mirror 114 it is preferable to use a parabolic mirror.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the appearance of the first lens array 120.
  • the second lens array 130 basically has a configuration in which small lenses are arranged in a matrix of M rows and N columns so as to correspond to the small lenses 122 of the first lens array 120. Yes. The details of the second lens array 130 will be described later.
  • Each small lens 122 divides the light beam emitted from the light source 110 (FIG. 5) into a plurality (ie, MXN) of partial light beams, and divides each of the partial light beams into a second lens array 130. Light is collected in the vicinity.
  • each small lens 122 viewed from the z direction is set so as to be substantially similar to the shape of the display area of the liquid crystal light valves 250, 250, and 254.
  • the aspect ratio (the ratio between the horizontal and vertical dimensions) of the small lens 122 is set to 4: 3.
  • a parallel light beam emitted from the light source 110 is divided into a plurality of light beams by the first and second lens arrays 120 and 130 constituting the integrator optical system. Is divided into partial light beams.
  • the partial luminous flux emitted from each of the small lenses 122 of the first lens array 122 is condensed by the small lenses 122 to form the second lens.
  • the light source image of the light source 110 is condensed in each of the corresponding small lenses 13 2 of the array 13. That is, secondary light source images are formed in the corresponding small lenses 13 2 of the second lens array 130 by the number of the small lenses 122 of the first lens array 120.
  • the superimposing lens 150 superimposes the partial luminous flux emitted from each of the small lenses 13 2 of the second lens array 13 0, and makes the liquid crystal light valves 2 50, 2 5 2, 2 It has a function as a superimposing optical system for condensing light to 54. It should be noted that one lens array having the function of the superimposing lens 150 and the function of each small lens of the second lens array 130 is replaced with two lenses 130, 150 instead of two lenses. It can also be used. Further, the reflection mirror 160 has a function of reflecting the light beam emitted from the superimposing lens 150 in the direction of the dichroic mirror 210, but is not necessarily required depending on the configuration of the device. Not something. As a result of the above, each of the liquid crystal light valves 250, 250, and 254 is almost uniformly illuminated.
  • the two dichroic mirrors 210 and 212 function as color light separating means for separating the white light collected by the superimposing lens 150 into three color lights of red, green and blue. Yes.
  • the first dichroic mirror 210 transmits the red light component of the white light beam emitted from the illumination optical system 100 and reflects the blue light component and the green light component.
  • the red light transmitted through the first dichroic mirror 210 is reflected by the reflection mirror 210, passes through the field lens 240, and reaches the liquid crystal light valve 250 for red light.
  • This field lens 240 converts each partial light beam emitted from the second lens array 130 into a light beam parallel to its central axis. The same applies to the field lenses 242 and 244 provided in front of the other liquid crystal light valves.
  • the green light is reflected by the second dichroic mirror 211 and passes through the field lens 242 for green light.
  • the LCD light valve reaches 2 5 2.
  • blue light is transmitted through the second dichroic mirror 212, and the incident side lens 230, the relay lens 232 and The light passes through a relay lens system provided with a reflection mirror and a reflection mirror, and further passes through a field lens and reaches a liquid crystal light valve for blue light.
  • the reason why the relay lens system is used for blue light is to prevent a decrease in light use efficiency because the optical path of blue light is longer than the optical paths of other color lights. That is, this is for transmitting the partial luminous flux incident on the incident side lens 230 to the exit side lens 244 as it is.
  • the three liquid crystal light valves 250, 255, and 254 function as light modulating means for modulating the three color lights according to given image information (image signals) to form images. It has the function of The cross dichroic prism 260 has a function as a color light combining means for combining three color lights to form a color image.
  • the configuration of the cross dichroic prism 260 is the same as that described with reference to FIGS. That is, in the cross dichroic prism 260, a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are formed in an approximately X-shape at the interface of the four right-angle prisms. I have.
  • the three color lights are combined by these dielectric multilayer films to form a combined light for projecting a color image.
  • the combined light generated by the cross dichroic prism 260 is emitted in the direction of the projection lens system 270.
  • the projection lens system 270 has a function as a projection optical system that projects the combined light onto a projection screen 300 and displays a color image.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the second lens array 130 in the first example.
  • This second lens array 130 uses three types of small lenses 13 2 a, 13 2 b, and 13 2 c having different optical axis positions of the small lenses 13 2, and Each has a different configuration.
  • the cross drawn on the surface of each small lens indicates the position of the optical axis of each small lens, that is, the optical center.
  • the position of the optical axis of the small lens 13a constituting the second and fifth rows of the second lens array 130 is at the center of the lens.
  • FIG. 7B shows an example of the structure of a small lens (eccentric lens) in which the position of the optical axis is displaced, such as the small lenses 132b and 132c.
  • the small lenses 1 32b and 1 32c have a structure equivalent to a lens whose optical axis is shifted with respect to the lens center after cutting by cutting a spherical lens at a predetermined position. Is a decentered lens having
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing functions of the second lens array 130.
  • FIG. 8A is a plan view of the second lens array 130 in the second row from the top
  • FIG. 8B is a plan view of the second lens array 130 in the third row from the top
  • FIG. (C) shows a plan view of the second lens array 130 in the fourth row from above.
  • FIG. 8A is a plan view of the second lens array 130 in the second row from the top
  • FIG. 8B is a plan view of the second lens array 130 in the third row from the top
  • FIG. (C) shows a plan view of the second lens array 130 in the fourth row from above.
  • FIG. 8A is a plan view of the second lens array 130 in the second row from the top
  • FIG. 8B is a plan view of the second lens array 130 in the third row from the top
  • FIG. (C) shows a plan view of the second lens array 130 in the fourth row from above.
  • FIG. 8A is a plan view of the second lens array 130
  • the parallel light emitted from the light source unit 110 is divided into partial light beams by the small lenses 122 of the first lens array 120, and the small lenses 1 of the second lens array 130 are separated.
  • the light source is focused so as to form an image.
  • the partial light beam emitted from the small lens 132a illuminates the illuminated area 252a which is the light incident surface of the liquid crystal light valve 252 by the superimposing lens 150.
  • the optical axis of the small lens 132a is located at the center of the lens (FIG. 7), and the partial light beam emitted from the small lens 132a has its central axis 256 c I at the center of the illuminated area 252a.
  • FIG. 8B Illuminate the illumination area 256 Ia to pass through.
  • the partial luminous flux emitted from the small lens 1 32b in the second row of the second lens array 130 illuminates the illuminated area 252a as in FIG. 8A.
  • the partial beam emitted from the small lens 132b has its central axis 257c I force ⁇ Shift in the + x direction from the illumination area 256 Ia so that the light passes through the center of the illuminated area 252 a in the + x direction. Illuminated area 257 Ia.
  • FIG. 8B the partial luminous flux emitted from the small lens 1 32b in the second row of the second lens array 130 illuminates the illuminated area 252a as in FIG. 8A.
  • the partial beam emitted from the small lens 132b has its central axis 257c I force ⁇ Shift in the + x direction from the illumination area 256 Ia so that the light passes through the center of the illuminated area 252 a in the + x
  • the partial luminous flux emitted from the small lens 1 32c in the second row of the second lens array 130 is, similarly to FIGS. 8A and 8B, the illuminated area. Illuminates 252a. However, since the position of the optical axis of the small lens 1 32c is shifted in the X direction (FIG. 7), the partial light beam emitted from the small lens 1 32c has its central axis 258 c I set to the illuminated area 252.
  • the illumination area 258Ia which is shifted in the X direction from the illumination area 256Ia, is illuminated so that the light passes through the center of a with a shift in the _x direction.
  • the optical paths of the partial luminous flux in the fifth, sixth, and first rows of the second lens array 130 are also the same as in FIGS. 8A, 8B, and 8C, respectively. That is, as shown in FIGS. 8 (A), (B), and (C), the partial luminous flux passing through the lens arrays arranged in the same column direction becomes the three types of small lenses 132 of the second lens array. a, 132 b, 132 c and the superimposing lens 150 are used to illuminate the illuminated area 252 a by being superimposed in three different illumination areas 256 Ia, 257 Ia, and 258 Ia, respectively. However, the respective center axes 256 cl, 257 cl, and 258 c I also pass through different positions with respect to the center of the illuminated area 252 a.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing a state in which partial light beams from the first and second lens arrays 120 and 130 are superimposed on the liquid crystal light valve 252.
  • the liquid crystal light valve 252 is viewed from the superposition lens 150 side, and the illumination area 256 Ia by the partial light beam passing through the small lens 1 32 a is shown by a solid line, and the small lens 1 32 b
  • the illumination region 257Ia due to the partial light beam passing through the small lens 1 32c is indicated by a dotted line
  • the illumination region 258Ia due to the partial light beam passing through the small lens 1 32c is indicated by a dashed line.
  • the displacements in the y direction of the illumination areas 256 Ia, 257 Ia, and 258 Ia are drawn only in order to clarify the difference between the respective positions. There is no.
  • the illumination area 257Ia is shifted in the + x direction and the illumination area 258Ia is shifted in the 1x direction with respect to the illumination area 256Ia.
  • the x-direction positions of the illumination areas 256 Ia, 257 la, and 258 Ia are shifted.
  • illumination unevenness occurs at both ends of the liquid crystal light valve 252, but the effective area 253 used for projection is actually set to be slightly smaller than the outer shape of the liquid crystal light valve 252. There is no problem because other parts are not projected.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state in which a partial light beam passing through the small lenses 13 2 a, 13 2 b, and 13 22 c passes through the cross dichroic prism 260. Note that, for easy understanding of the description, there is no need for the description, and parts are omitted or simplified.
  • the central axis 2 5 6 c I of the light beam that has passed through the second lens array 130 in the second row and second column of the small lens 1 3 2 a and the small lens 1 3 in the third row and second column The center axis 2 5 7 c I of the light beam passing through 2 b and the center axis 2 5 8 c I of the light beam passing through the small lens 1 3 2 c in the fourth row and the second column are cross dichroic The light passes through different positions with respect to the central axis 2 62 of the prism 260.
  • the positional force of the central axis of the partial light beam passing through the cross dichroic prism 260 with respect to the central axis 26 2 of the cross dichroic prism 260 will also be different. Therefore, the dark line formed by each of the partial luminous fluxes passing through the M small lenses arranged in the same column direction does not concentrate at one place, and the dark line can be made inconspicuous.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing a relationship between the position of the optical axis of the small lens in each row of the second lens array 130 and the light amount of the partial light beam passing through each small lens.
  • FIG. 11A shows the distribution of the amount of light emitted from the light source unit 110.
  • FIG. 11 (B) shows a front view of the second lens array 130 viewed from the light source 110 side.
  • the light source section 110 is generally brightest near the center of the optical axis of the lamp light source 112, and becomes darker as the distance from the center of the optical axis increases. That is, as shown in FIG.
  • the brightness of the partial light beam passing through each small lens of the second lens array 130 is focused on the row direction and the brightness of the second and fifth rows. Assuming that is medium, the brightness of the third and fourth lines is large, and the brightness of the first and sixth lines is Become smaller.
  • the partial luminous flux passing through the M small lenses arranged in the same column direction of the second lens array 130 is, for each small lens having the optical axis at the same position, in this embodiment.
  • a set of the first and fourth rows by the small lens 1332c, a set of the second and fifth rows by the small lens 1332a, and a third and sixth row by the small lens 1332b For each set, a dark line is formed at the same position on the screen. If the light intensity of the partial luminous flux passing through each set is different, the darkness of the three formed dark lines will also be different. Since humans have relatively high ability to discriminate light by relative comparison, if the darkness of a plurality of dark lines is different from each other, the dark lines tend to be more conspicuous.
  • the small lenses having the same optical axis position are set as one set, and the light amounts of the partial luminous flux passing through each set are made equal. If the position of the optical axis of each small lens is determined in advance, the darkness of the three dark lines due to the partial luminous flux passing through each set can be made almost equal.
  • the first and fourth lines, the second and fifth lines, and the third and sixth lines are Partial luminous flux passing through M small lenses arranged in the same column direction with the optical axis of each set of lenses at three positions in the X direction, the center, and the + x direction with respect to the center of the lens Since the dark line formed by each of the above is separated into three places and formed with the same degree of darkness, it is possible to make the dark line less noticeable.
  • the shift amount of the position of the optical axis of each of the small lenses 13 2 b and 13 2 c is determined by the second lens array 130, the polarization conversion element 140, the superposition lens 150, From the geometrical relationship between the lens 2 4 0, 2 4 2, 2 4 4, the liquid crystal light valve 2 5 0, 2 5 3, 2 5 4, the central axis 2 6 2 of the cross dichroic prism 2 60 It can be obtained by calculation. It can also be determined experimentally.
  • each of the small lenses 13 2 b and 13 2 c that is, the position of the optical axis of the small lens whose optical axis is shifted from the lens center is determined by the dark line force due to the partial light flux passing through these small lenses.
  • the small lenses 13 2 a in the second and fifth rows i.e., the optical axis position is shifted so that it occurs in the middle of the interval between the dark lines generated by the partial luminous flux passing through the small lens at the lens center.
  • the position of the optical axis is deviated from the center of the lens in the middle, such as after the interval between dark lines generated by partial light beams passing through the small lens (small lens 1332a) at the center of the lens.
  • the light beams are shifted so as to generate a dark line due to a partial light beam passing through the small lenses (small lenses 13 2 b and 13 2 c).
  • the interval between the dark lines can be set to the widest interval so that the generated dark lines do not overlap.
  • the position of the optical axis of the lens is changed for each row, but the dark line formed by each of the partial luminous fluxes passing through the M small lenses arranged in the same column direction is a point. It is only necessary to be able to avoid concentration on the subject, and it is not limited to this.
  • FIG. 12 shows a second lens array 130 ′ having a configuration different from that of the lens array shown in FIG.
  • the second lens array 130 divides the M rows of small lenses into two areas, upper and lower, at the center of the row, and the upper part is located at a position where the optical axis is shifted by one X direction from the center of the lens.
  • the lower part is composed of a small lens 13 2 ′ c whose optical axis is shifted from the center of the lens in the + X direction.
  • FIG. 13 is a view showing a projection display apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that an illumination optical system 100 ′ having a polarization conversion element 140 provided between the second lens array 130 and the superimposing lens 150 is used. Is different. Other components are the same as in the first embodiment. Also, there is a difference in that the illumination light emitted from the illumination optical system 100 'is a predetermined polarized light, but the basic function as the device is the same. Note that the second lens array 130 'may be the second lens array 130' shown in FIG. 12 as in the first embodiment. Hereinafter, functions different from those of the first embodiment will be described.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing the configuration of the polarization conversion element 140 (FIG. 13).
  • This polarization conversion element 140 includes a polarization beam splitter array 141 and a selective phase difference plate 142.
  • the polarizing beam splitter array 144 has a shape in which a plurality of columnar translucent plate members 144 each having a parallelogram cross section are alternately bonded. Polarized light separating films 144 and reflective films 144 are alternately formed on the interface between the light-transmitting plate members 144.
  • the polarizing beam splitter array 144 is obtained by laminating a plurality of glass sheets having these films formed thereon such that the polarization separating films 144 and the reflecting films 144 are alternately arranged. It is manufactured by cutting obliquely at a predetermined angle.
  • Light having a random polarization direction that has passed through the first and second lens arrays 120 and 130 is separated into s-polarized light and p-polarized light by the polarization separation film 144.
  • the p-polarized light passes through the polarization separation film 144 as it is.
  • the s-polarized light is reflected such that the angles formed by the incident light and the reflected light and the normal are symmetrical with respect to the normal at the point of incidence of the s-polarized light on the polarization separation film 144 (reflection Law).
  • the s-polarized light reflected by the polarization separation film 144 is further reflected by the reflection film 144 according to the law of reflection, and is substantially parallel to the p-polarized light that has passed through the polarization separation film 144 as it is. Is emitted.
  • the selective phase difference plate 14 2 has ⁇ ⁇ 2 at the exit surface of the light passing through the polarization separation film 144.
  • the optical element has the retardation layer 146 formed thereon, and does not have the ⁇ 2 retardation layer formed on the exit surface of the light reflected by the reflection film 145. Therefore, the ⁇ -polarized light transmitted through the polarization separation film 144 is converted into s-polarized light by the two phase difference layers 144 and emitted.
  • the optical axis of the light source 110 is the system optical axis (indicated by a one-dot chain line) after the polarization conversion element 140. It is set at a position shifted by a distance L equal to Z2.
  • the partial light flux condensed by the small lenses 122 of the first lens array 120 is converted to the corresponding small lenses 1 of the second lens array 130. 3 had been condensed as a light source image force "imaging of the light source 1 1 0 in the 2, in the second embodiment, it is emitted in the polarization conversion element 1 4 0 from the second lens array 1 3 0
  • a light source image is formed near the polarization separation film 144 (FIG. 14) of the polarization conversion element 140.
  • FIGS. 15 and 16 are explanatory diagrams showing the functions of the second lens array 130 (FIG. 7) in the second embodiment.
  • FIG. 15 shows an optical path of a partial light beam passing through the small lens 13 2 a in the second row and the first column of the second lens array 130.
  • FIG. 16 shows the optical path of the second lens array 1. The light path of the partial light beam passing through the small lens 13 2 c in the fourth row and the first column of 30 is shown.
  • the first lens array 120 (not shown)
  • the partial light beam 356 emitted from the small lens 122 in the second row and the first column and having its central axis 356 cI parallel to the system optical axis is polarized by the light condensing action of the small lens 122.
  • the partial light beam 356 b reflected by the polarization separation film 144 and further reflected by the reflection film 145 also illuminates the illuminated area 255 a.
  • the small lens 1332a has the optical axis at the center of the lens (Fig.
  • the partial light beam emitted from the small lens 1332a has its central axis 356c
  • the two partial luminous fluxes 35 56 a and 35 56 b that are incident on the polarization conversion element 140 parallel to the axis and output from the polarization conversion element 140 are divided by their central axes 35 56 c I a,
  • the illumination area 365 Ia is illuminated such that the 35 56 c Ib passes through the center of the illumination area 25 2 a.
  • the light is emitted from the small lens 122 in the fourth row and the first column of the first lens array 120 and its central axis 358 cI is parallel to the system optical axis.
  • the spectral beam 358 is condensed on the polarization splitting film 144 by the condensing action of the small lens 122.
  • the partial light beam 358 a passed through the polarization separation film 144 as it is illuminates the illuminated area 252 a by the condensing action of the superimposing lens 150.
  • the partial light beam 356 b reflected by the polarization separation film 144 and further reflected by the reflection film 145 similarly illuminates the illuminated area 255 a.
  • the partial light beam emitted from the small lens 132c is 5 8 c I is incident on the polarization conversion element 140 while being inclined in a direction away from the system optical axis with respect to the traveling direction of the light, and the two partial light beams 3 are emitted from the polarization conversion element 140.
  • 5 8a and 358 b have their central axes 3 5 8 c I a and 3 5 8 c I b shifted from the center of the illuminated area 2 5 2 a in the x direction—the illuminated area 2 5 Illuminate the illumination area 3 5 8 I a to pass 2 a.
  • the liquid crystal light valve In 250, 252, and 254 the illumination positions (superimposed coupling positions) of the partial light beams emitted from the small lenses in the same column direction of the second lens array are set to the small lenses 132a, 132 having different optical axis positions. It can be shifted by b, 1 3 2 c. Therefore, it is possible to make the dark line formed by each of the partial luminous fluxes passing through the M small lenses arranged in the same column direction not converge at one place, thereby making the dark line less noticeable.
  • the liquid crystal light valves 250, 252, and 254 are provided with a polarizing plate on the incident surface. Therefore, the liquid crystal light valves 250, 252,
  • the light beam modulated by 254 is only a predetermined polarized light beam, and the other polarized light beams are lost as useless light beams. Therefore, in the second embodiment, if the luminous flux emitted from the polarization conversion element 140 is the same polarized light as the predetermined polarized light used in the liquid crystal light valves 250, 252, and 254, the first embodiment will be described. In comparison, the light use efficiency of the projection display device can be increased.
  • the shift amount of the position of the optical axis of each of the small lenses 132b and 132c is determined by the second lens array 130 and the polarization conversion element. 140, a superposition lens 150, a field lens 240, 242, 244, a liquid crystal light valve 250, 253, 254, a central axis 262 of the cross dichroic prism 260, and the like. It can also be determined experimentally.
  • the partial luminous flux that has passed through the second lens array also generates a partial luminous flux (FIG. 14) deviated by the interval Wp in the row direction by the polarization conversion element 140.
  • the interval in the row direction is 1 2 in the first embodiment.
  • the position of the optical axis of each of the small lenses 132b, 132c that is, the position of the optical axis of the small lens whose optical axis deviates from the center of the lens, is determined in the second row and the second The small lens 1 32a in the fifth row, that is, a small lens whose optical axis is shifted from the center of the lens just in the middle of the interval between the dark lines generated by the partial light beams passing through the small lens at the center of the lens.
  • the position of the optical center may be shifted to different positions in the row direction for each row or for each of a plurality of sets. Also, only one row or one set may be shifted to different positions in the row direction.
  • the light beam from the light source is divided into a plurality of light beams in a matrix.
  • the present invention can be applied to a case where the light beam is divided into a plurality of light beams arranged in at least one row. it can.
  • at least some of the small lenses in at least one row of the second lens array, which are substantially aligned along the predetermined row direction are optically located at positions different from the optical centers of the other small lenses.
  • any lens having a target center may be used.
  • the illumination position (illumination area) on the illuminated area by the partial luminous flux that has passed through some small lenses is different from the illumination position by the partial luminous flux that has passed through other small lenses.
  • the position of the partial luminous flux with respect to the central axis of the cross dichroic prism is different between the partial luminous flux passing through at least some of the small lenses and the partial luminous flux passing through at least the other small lenses.
  • the occurrence position can be separated. Therefore, dark lines generated due to the cross dichroic prism can be made inconspicuous.
  • the projection display device generates at least one row of a plurality of partial luminous fluxes that are divided substantially along the direction corresponding to the central axis of the color light combining means, and substantially superimposes the plurality of partial luminous fluxes on the light modulation means. It is only necessary to provide a divided superimposing optical system. In the split superimposing optical system, the illumination area on the light modulating means that illuminates a part of the partial luminous flux in the row is shifted from the illumination area illuminated by the other partial luminous flux to the central axis of the color light combining means. The optical paths of some of the partial luminous fluxes are shifted in a direction different from the corresponding direction. What is necessary is just to provide the illumination position changing means which shifts from the optical path of another partial light beam.
  • transmissive projection display device In each of the above embodiments, an example in which the present invention is applied to a transmissive projection display device has been described. However, the present invention can also be applied to a reflective projection display device.
  • transmissive means that the light modulating means such as a liquid crystal light valve transmits light
  • reflective means that the light modulating means reflects light. It means there is.
  • the cross dichroic prism In a reflective projection display device, the cross dichroic prism is used as color light separation means for separating white light into three colors of red, green and blue, and the modulated three colors of light are used. It is also used as a color light combining means that combines again and emits in the same direction. Even when the present invention is applied to a reflection type projection display device, almost the same effects as those of a transmission type projection display device can be obtained. Industrial applicability
  • the illumination optical system according to the present invention is applicable to various projection display devices. Further, the projection display device according to the present invention can be applied to, for example, project and display an image output from a computer or an image output from a video recorder on a screen.

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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一ンに投写する投写型表示装置には、 クロスダイク口 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、 例えぱ特開平 1一 3 0 2 3 8 5 号公報に記載されたもの力《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つの液晶ライトバルブ 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って作製されている。
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 1 9 (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 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一においても同様に発生する。 この場合にも、 ミラ一 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。
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つた。
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一等、 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。 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。 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、 W O 9 4 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 テグレータ光学系という） 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亍グレ 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 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、 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、 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 化レンズ 1 5によって、 各部分光束の中心軸に平行な光束に変換される。 平行化 レンズ 1 5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枚の液晶ライ卜バルブにおいてもインテグレ一タ光学系 の原理、 暗線の発生原理は同様である。 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 1 0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= 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 ) にはフ列目の小レンズ 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を介してスクリ —ンフ上に投影される。
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、 それぞれスクリーン 7上の P a， 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 D L a， D L bが形成されてしまうのである。
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 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 8の断面の像は、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、 投写スクリーンフ上にお 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 方の端から暗線 D L aまでの距離 R 1 との比は、 距離 2と距離 r 1 との比に等 しし、。 すなわち、 0音線 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 ム 4の中心軸 5を含む X y平面における部分光束 8の断面が、 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のである。
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 ることになるのである。
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ぷ 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い。
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、 クロスダイクロイツクプリズム 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。 (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ブリズム 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ブリズ厶 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力《異なれば、 暗線の形成される位置も異なることになる。 (結論）
先に述べた通り、 第 1 と第 2のレンズアレイ 1， 2の同じ列方向位置に並ぶ M 個の小レンズを通過する部分光束が、 投写スクリ一ンフ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り形成される暗線が、 投写スクリーンフ上の異 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 る暗線のすべて力《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 原理のいずれかによリ可能である。
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軸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ブリズ厶 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、
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 る投写型表示装置に使用され、 前記照明光を出射する照明光学系であって、 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、 前記列方向とほ 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部分光束のうち、 一部の部分光束が照明する前記光 変調手段上の照明領域が、 他の部分光束が照明する照明領域から前記行方向にず 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、 一部の部 分光束が照明する光変調手段上の照明領域が、 他の部分光束が照明する照明領域 から行方向（中心軸にほぼ平行な列方向とほぼ垂直な方向）にずれる。 この結果、 第 1の原理に基づいて、 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。
上記、 照明光学系において、
前記分割重畳光学系は、
前記列方向および行方向に配列された複数の小レンズを有する第 1のレンズァ レイと、
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して配置された 複数の小レンズを有する第 2のレンズアレイと、
を有し、
前記第 2のレンズアレイの、 前記列方向に沿ってほぼ並ぷ少なくとも 1列の小 レンズのうち少なくとも一部の小レンズは、 他の小レンズの光学的中心と異なる 位置に光学的中心を有するレンズ （偏心レンズ） であることが好ましい。
上記構成にすれば、 少なくとも一列の複数の小レンズのうち、 一部の部分光束 が通過する一部の小レンズの光学的中心を他の小レンズの光学的中心の位置と異 なった位置に有するレンズとすることにより、 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ることができる。 したがって、 上記第 1の原理に 基づき、 これらの複数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。
また、 上記照明光学系において、
前記一部の小レンズは、 該一部の小レンズを通過する部分光束による被照明領 域上の照明領域が、 前記他の小レンズを通過する部分光束による前記被照明領域 上の照明領域に対して、 前記行方向にずれるように、 光学的中心が前記他の小レ ンズの光学的中心と異なる位置に配置された偏心レンズであることが好ましい。 このようにすれば、 一部の小レンズを通過する部分光束の光路が他の小レンズ を通過する部分光束の光路からずれるので、 上記第 1の原理に基づき、 これらの 複数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。
また、 上記照明光学系の各場合において、
同じ列方向に存在する前記複数の小レンズは、 複数の組に組分けされ、 同一の組に含まれる小レンズはレンズ中心に対して同じ位置に光学的中心を有 し、
異なる組に含まれる小レンズは、 互いにレンズ中心に対して異なった位置に光 学的中心を有することが好ましい。
このようにすれば、 複数の組ごとに小レンズを通過する部分光束の光路が異な るため、 投影される色光合成手段の中心軸に相当する暗線は複数の組毎に形成さ れ、 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。
さらに、 前記複数の組の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、同じ列方向に存在する前記複数の小レンズを組分けすることが好ましい。 それぞれの組を通過する部分光束の光量が異なると、 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、 人間 は相対的な比較による光の識別能力が比較的高いため、 暗線の暗度が異なること はあまり好ましくない。 したがって、 それぞれの組を通過する部分光束の光量が 等しければ、 それぞれの組を通過する部分光束による暗線の暗度を等しくするこ とができる。
なお、 前記複数の組は、 前記列方向に沿って区分された少なくとも 2つの領域 としてもよい。 このようにすれば、 簡単な構成で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。
このとき、 前記複数の組は前記列方向に沿って区分された 2つの領域であり、 前記 2つの領域のうち一方の領域に含まれる複数の小レンズの光学的中心と、 他方の領域に含まれる複数の小レンズの光学的中心とが、 レンズ中心に対して対 称な位置にあることが好ましい。
このようにすれば、 一方の領域に含まれる小レンズと同じ小レンズを上下逆向 きに配置することにより他方の領域を構成することができるため、 第 2のレンズ アレイを一種類の小レンズで構成できる。
また、 上記照明光学系の各場合において、
前記第 2のレンズァレイの複数の小レンズのそれぞれの光学中心が、 前記光源 の光軸中心に相当する前記第 2のレンズアレイの中心から点対称の位置に配置さ れていることが好ましい。
投写型表示装置に用いられる光源は、 一般的に光軸中心の光量が最も大きく、 光軸中心から離れるにしたがって小さくなる傾向にある。 このような光源を投写 型表示装置に用いた場合、 上記のようにすれば、 第 2のレンズアレイの複数の小 レンズ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 複数の暗線の暗度をすベて等しくすることができる。
また、 上記照明光学系の各場合において、
前記分割重畳光学系は、 さらに、 前記第 1のレンズァレイおよび前記第 2のレンズァレイの複数の小レンズを通 過する複数の部分光束を、 前記光変調手段上の照明位置でほぼ重畳結合する重畳 結合レンズと、
前記第 2のレンズァレイと前記重畳結合手段との間に設けられた偏光変換素子 と、 を備え、
前記偏光変換素子は、
互いに平行な偏光分離膜と反射膜とを複数組有し、 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、 を備えるようにしてもよい。
このようにすれば、 ランダムな偏光光を有する照明光を一種類の直線偏光光に 変換して利用できるので、 光の利用効率を高めることができる。
本発明の投写型表示装置は、
上記照明光学系のいずれかと、
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色の光を合成して出射する色光合成手段と、
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手段と、 を備 え、
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、 前記列方向とほ 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 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部分光束のうち、 一部の部分光束が照明する前記光 変調手段上の照明領域が、 他の部分光束が照明する照明領域から前記行方向にず れるように構成されていることを特徴とする。
上記照明光学系のいずれかを投写型表示装置に用いることによって、 上記各照 明光学系と同様に、 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で さる。 図面の簡単な説明
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 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。
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。
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平面における断面図である。
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 投写スクリーンフ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、 第 1実施例における第 2のレンズアレイ 1 3 0を示す説明図である。 図 8は、 第 2のレンズアレイ 1 3 0の機能を示す説明図である。
図 9は、 液晶ライトバルブ 2 5 2上に第 1、 第 2のレンズアレイ 1 2 0、 1 3 0による部分光束が重畳される様子を示す概念図である。
図 1 0は、 小レンズ 1 3 2 a， 1 3 2 b , 1 3 2 c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説明図である。 図 1 1は、 第 2のレンズアレイ 1 3 0の各行の小レンズの光軸と各小レンズを 通過する部分光束の光量との関係について示す説明図である。
図 1 2は、 図 7に示すレンズアレイとは異なる構成を有する第 2のレンズァレ ィ 1 3 0 ' の外観を示す斜視図である。
図 1 3は、第 2実施例としての投写型表示装置の要部を示す概略平面図である。 図 1 4は、 偏光変換素子 1 4 0の構成を示す説明図である。
図 1 5は、 第 2実施例における第 2のレンズアレイ 1 3 0の機能を示す説明図 である。
図 1 6は、 第 2実施例における第 2のレンズアレイ 1 3 0の機能を示す説明図 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
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。 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、 1 2時の方向を y方向とする。
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の要部を示す概略平面 図である。 この投写型表示装置は、 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、 反射ミラ一 2 1 8， 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枚の液晶ライトバルブ （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 O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 1のレンズ アレイ 1 2 0と、 第 2のレンズアレイ 1 3 0と、 重畳レンズ 1 5 0と、 反射ミラ - 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 イトバルブ 2 5 0 , 2 5 2， 2 5 4をほぼ均一に照明するためのイン亍グレータ 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 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のレンズアレイ 1 2 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 = 6， N = 4である。 第 2の レンズアレイ 1 3 0は、 基本的には第 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された構成を有し ている。 なお、 第 2のレンズアレイ 1 3 0の詳細については後述する。 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のレンズアレイ 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、 液晶ライトバルブ 2 5 0， 2 5 2， 2 5 4の表示領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されてい る。 この実施例では、 小レンズ 1 2 2のァスぺクト比 （横と縦の寸法の比率） は 4 ： 3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、 インテグレ一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の各小レンズ 1 2 2から出射された部分光束は、 小レンズ 1 2 2の集光作用によって第 2のレン ズアレイ 1 3 Oの対応する各小レンズ 1 3 2内で光源 1 1 0の光源像が結像され るように集光される。 すなわち、 第 1のレンズアレイ 1 2 0の小レンズ 1 2 2の 数だけ、 対応する第 2のレンズアレイ 1 3 0の小レンズ 1 3 2内に 2次光源像が 形成される。
重畳レンズ 1 5 0は、 第 2のレンズアレイ 1 3 0の各小レンズ 1 3 2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 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。 なお、 この重畳レン ズ 1 5 0の機能と、 第 2のレンズアレイ 1 3 0の各小レンズの機能とを有する 1 枚のレンズアレイを 2枚のレンズ 1 3 0， 1 5 0の代わりに使用することも可能 である。 また、 反射ミラ一 1 6 0は、 重畳レンズ 1 5 0から出射された光束をダ ィクロイツクミラ一2 1 0の方向に反射する機能を有するが、 装置の構成によつ 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 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一 2 1 0， 2 1 2は、 重畳レンズ 1 5 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一 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、 反射ミラ一 2 1 8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トバルブ 2 5 0に達する。 このフィールドレンズ 2 4 0は、 第 2のレンズアレイ 1 3 0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 2 4 2， 2 4 4も同様である。 第 1のダ ィクロイツクミラー 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ー 2 1 2によって反射され、 フィールドレンズ 2 4 2を通 つて緑光用の液晶ライトバルブ 2 5 2に達する。 一方、 青色光は、 第 2のダイク ロイックミラ一 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 び反射ミラ一 2 2 2， 2 2 4を備えたリレーレンズ系を通り、 さらにフィールド レンズ 2 4 4を通って青色光用の液晶ライトバルブ 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 2 3 0に入射した部分光束をそのまま、 出射側レンズ 2 4 4に伝え るためである。
3枚の液晶ライトバルブ 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 成してカラ一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、 カラ一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 ィックプリズム 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に示す第 1実施例の投写型表示装置は、 第 2のレンズアレイ 1 3 0 に特徴がある。 図 7は、 第 1実施例における第 2のレンズアレイ 1 3 0を示す説 明図である。 この第 2のレンズアレイ 1 3 0は、 その小レンズ 1 3 2の光軸の位 置が異なった 3種類の小レンズ 1 3 2 a , 1 3 2 b , 1 3 2 cを用いて、 行毎に 異なった構成を有している。 図 7 ( A ) において、 各小レンズの表面に描かれた 十字は、 各小レンズの光軸の位置、 すなわち光学的中心を示している。 第 2のレ ンズアレイ 1 3 0の第 2、 5行目を構成する小レンズ 1 3 2 aの光軸の位置は、 レンズの中心にある。 また、 第 3、 6行目を構成する小レンズ 1 3 2 bの光軸の 位置は、 レンズ中心に対して + x方向にずれている。 第 1、 4行目を構成する小 レンズ 1 32 cの光軸の位置は、 レンズ中心に対して一 X方向にずれている。 図 7 (B) は、 小レンズ 1 32 b, 1 3 2 cのような光軸の位置のずれた小レンズ (偏心レンズ） の構造例を示している。 小レンズ 1 32 b， 1 32 cは、 図に示 すように、 球面レンズを所定の位置でカツ卜することにより、 カツ卜後のレンズ 中心に対して光軸がずれたレンズと等価な構造を有する偏心レンズである。
図 8は、 第 2のレンズアレイ 1 30の機能を示す説明図である。 図 8 (A) は 第 2のレンズアレイ 1 30の上から第 2行目における平面図、 図 8 (B) は第 2 のレンズアレイ 1 30の上から第 3行目における平面図、 図 8 (C) は第 2のレ ンズアレイ 1 30の上から第 4行目における平面図を示している。 なお、 簡単の ため、 光源部 1 1 0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、 第 2のレンズアレイ 1 20， 1 30の第 2列目 （図 6、 図 7) に着目して説明する。
図 8 (A) において、 光源部 1 1 0から出射された平行光は、 第 1のレンズァ レイ 1 20の小レンズ 1 22によって部分光束に分割され、 第 2のレンズアレイ 1 30の小レンズ 1 32 aの内部で光源像力《結像するように集光される。さらに、 小レンズ 1 32 aから出射された部分光束は、 重畳レンズ 1 50によって液晶ラ ィ卜バルブ 252の光の入射面である被照明領域 252 aを照明する。 ここで、 小レンズ 1 32 aは光軸の位置がレンズ中心にあり （図 7) 、 小レンズ 1 32 a から出射される部分光束は、 その中心軸 256 c Iが被照明領域 252 aの中心 を通過するように照明領域 256 I aを照明する。 一方、 図 8 (B) において、 第 2のレンズアレイ 1 30の 2列目の小レンズ 1 32 bから出射した部分光束は、 図 8 (A) と同様に、 被照明領域 252 aを照明する。 ところ力《、 小レンズ 1 3 2 bの光軸の位置が + X方向にずれているので （図 7) 、 小レンズ 1 32 bから 出射される部分光束は、 その中心軸 257 c I力《被照明領域 252 aの中心に対 して + x方向にずれて通過するように、 照明領域 256 I aから + x方向にずれ た照明領域 257 I aを照明する。 また、 図 8 (C) においても、 第 2のレンズ アレイ 1 30の 2列目の小レンズ 1 32 cから出射した部分光束は、 図 8 (A) , (B) と同様に、 被照明領域 252 aを照明する。 ところが、 小レンズ 1 32 c の光軸の位置が一 X方向にずれているので （図 7) 、 小レンズ 1 32 cから出射 される部分光束は、 その中心軸 258 c Iが被照明領域 252 aの中心に対して _ x方向にずれて通過するように、 照明領域 256 I aから一X方向にずれた照 明領域 258 I aを照明する。 なお、 第 2のレンズアレイ 1 30の第 5、 第 6、 第 1行目における部分光束の光路も、 それぞれ図 8 (A) 、 （B) 、 （C) と同 じである。 すなわち、 図 8 (A) 、 （B) 、 (C) に示したように、 同じ列方向 に配列されたレンズアレイを通過する部分光束は、 第 2のレンズアレイの 3種類 の小レンズ 1 32 a， 1 32 b, 1 32 cおよび重畳レンズ 1 50によって、 そ れぞれ異なった 3種類の照明領域 256 I a, 257 I a, 258 I aで重畳さ れて被照明領域 252 aを照明し、 それぞれの中心軸 256 c l， 257 c l， 258 c I も被照明領域 252 aの中心に対してそれぞれ異なった位置を通過す ることになる。
図 9は、 液晶ライトバルブ 252上に第 1、 第 2のレンズアレイ 1 20、 1 3 0による部分光束が重畳される様子を示す概念図である。 なお、 この図は、 液晶 ライ卜バルブ 252を重畳レンズ 1 50側から見た図であり、 小レンズ 1 32 a を通過する部分光束による照明領域 256 I aを実線で示し、 小レンズ 1 32 b を通過する部分光束による照明領域 257 I aを点線で示し、 小レンズ 1 32 c を通過する部分光束による照明領域 258 I aを一点鎖線で示している。 また、 照明領域 256 I a, 257 I a, 258 I a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 256 I aに対して照明領域 257 I aは +x方向に、照明領域 258 I aは一 x方向にそれぞれずれている。 ここで 照明領域 256 I a, 257 l a， 258 I aの x方向の位置がずれる と、 液晶ライトバルブ 2 5 2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 2 5 3が液晶ライトバルブ 2 5 2の外形よリもひとまわり小 さく設定されておリ、 他の部分は投写されないため問題ない。
図 1 0は、 小レンズ 1 3 2 a , 1 3 2 b , 1 3 2 c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説明図である。 なお、 説明を理解し易〈するため、説明に必要のなし、部分は省略または簡略化している。 第 2のレンズアレイ 1 3 0の第 2行第 2列目の小レンズ 1 3 2 aを通過した部分 光束の中心軸 2 5 6 c I と、 第 3行第 2列目の小レンズ 1 3 2 bを通過した部分 光束の中心軸 2 5 7 c I と、 第 4行第 2列目の小レンズ 1 3 2 cを通過した部分 光束の中心軸 2 5 8 c I とは、 クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0の中心軸 2 6 2に対して異なる位置をそれぞれ通過する。 先に、 第 1の原理として述べたよ うに、 クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0内を通過する部分光束の中心軸の、 クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0の中心軸 2 6 2に対する位置力《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。
次に、 第 2のレンズアレイ 1 3 0において光軸の位置の異なるレンズの配置方 法について説明する。 図 1 1は、 第 2のレンズアレイ 1 3 0の各行の小レンズの 光軸の位置と各小レンズを通過する部分光束の光量との関係について示す説明図 である。 図 1 1 ( A ) は、 光源部 1 1 0から出射される光量の分布について示し ている。 また、 図 1 1 ( B ) は、 光源部 1 1 0側から第 2のレンズアレイ 1 3 0 をみた正面図を示している。 図 1 1 ( A) に示すように、 光源部 1 1 0は、 一般 的にランプ光源 1 1 2の光軸中心近傍が最も明るく、 光軸中心から離れるに従つ て暗くなる。 すなわち、 第 2のレンズアレイ 1 3 0の各小レンズを通過する部分 光束の明るさは、 図 1 1 ( B ) 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行目の 小さくなる。
ところで、 すでに説明したように、 第 2のレンズアレイ 1 3 0の同じ列方向に 並ぶ M個の小レンズを通過する部分光束は、 同じ位置に光軸を有する小レンズ毎 に、 本実施例では、 小レンズ 1 3 2 cによる第 1行と第 4行の組、 小レンズ 1 3 2 aによる第 2行と第 5行の組、 小レンズ 1 3 2 bによる第 3行と第 6行の組毎 に、 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。 人間は相対的な比較による光の識別能力が比較的高いため、 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、 第 2レンズアレイの同じ列方向に並ぶ M個の小レンズのうち、 その光 軸の位置が同じ小レンズを一つの組とし、 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各小レンズの光軸の位置を決めれば、 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る。
したがって、 本実施例では、 図 1 1 ( B ) に示すように、 第 1行目と第 4行目 を、 第 2行目と第 5行目を、 第 3行目と第 6行目をそれぞれ組として、 それぞれ の組のレンズの光軸をレンズの中心に対して一 X方向、 中心、 + x方向の 3位置 に配置し、 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 リ形成される暗線が 3ケ所に分離し、 かつ同程度の暗度で形成されるため、 暗線 を目立ちにくくすることが可能となる。
なお、 各小レンズ 1 3 2 b、 1 3 2 cの光軸の位置のずらし量については、 第 2のレンズアレイ 1 3 0や、 偏光変換素子 1 4 0、 重畳レンズ 1 5 0、 フィ一ル ドレンズ 2 4 0， 2 4 2 , 2 4 4、 液晶ライトバルブ 2 5 0 , 2 5 3 , 2 5 4、 クロスダイクロイツクプリズム 2 6 0の中心軸 2 6 2等の幾何学的な関係から計 算によって求めることができる。 また、実験的に求めることもできる。 このとき、 各小レンズ 1 3 2 b、 1 3 2 c、 すなわち光軸の位置がレンズ中心からずれてい る小レンズの光軸の位置は、これらの小レンズを通過する部分光束による暗線力 第 2行目および第 5行目の小レンズ 1 3 2 a、 すなわち光軸の位置がレンズ中心 にある小レンズを通過する部分光束によって発生する暗線の間隔の中間に発生す るようにずれていることが好ましい。 特に、 光軸の位置がレンズ中心にある小レ ンズ （小レンズ 1 3 2 a ) を通過する部分光束によって発生する暗線の間隔のち ようど中間に、 光軸の位置がレンズ中心からずれている小レンズ （小レンズ 1 3 2 b、 1 3 2 c ) を通過する部分光束による暗線が発生するようにずれているこ とが好ましい。 こうすれば、 発生する暗線が重ならないように、 暗線の間隔を最 も広い間隔とすることができる。
本実施例では、 行毎にレンズの光軸の位置を変えて配置しているが、 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リ形成される暗線が ケ所に集中しないようにすることができればよく、 これに限定されるものでは ない。
図 1 2は、 図 7に示すレンズアレイとは異なる構成を有する第 2のレンズァレ ィ 1 3 0 ' を示している。 第 2のレンズアレイ 1 3 0 ' は、 M行の小レンズを 行の中心で上部と下部の 2つの領域に区分けし、 上部は光軸がレンズの中心から 一 X方向にずれた位置にある小レンズ 1 3 2 ' cで構成され、 下部は光軸がレ ンズの中心から + X方向にずれた位置にある小レンズ 1 3 2 ' bで構成されて いる。 このような第 2のレンズアレイ 1 3 0 ' を図 5に示す照明光学系 1 0 0 に適用し、 投写型表示装置に使用しても、 同じ列方向に並ぶ M個の小レンズを通 過する部分光束により形成される暗線が 2ケ所に分離して形成されるため、 第 2 のレンズァレイ 1 3 0を適用した場合に比べて暗線の分離数が少なくなるが、 同 様に暗線を目立ちにく〈すること力《可能となる。 また、 この場合には、 異なった 位置に光軸を有する小レンズが第 2のレンズアレイ 1 3 0 ' の上下行方向で 2 つの領域で区分けされているだけであるため、 第 2のレンズアレイ 1 3 0に比べ て容易に第 2のレンズアレイ 1 3 0 ' を構成することが可能である。 B . 第 2実施例：
図 1 3は、 この発明による第 2実施例の投写型表示装置を示す図である。 第 2 実施例は、 第 1実施例の第 2のレンズアレイ 1 3 0と重畳レンズ 1 5 0との間に 偏光変換素子 1 4 0を設けた照明光学系 1 0 0 ' を用いた点が異なっている。 他の構成要素は、 第 1実施例と同じである。 また、 照明光学系 1 0 0 ' から出 射される照明光が所定の偏光光である点に違いがあるが、 装置としての基本的な 機能は同じである。 なお、 第 2のレンズアレイ 1 3 0は、 第 1実施例と同様に、 図 1 2に示す第 2のレンズアレイ 1 3 0 ' であってもよい。 以下では、 第 1実 施例と異なる機能について説明する。
図 1 4は、 偏光変換素子 1 4 0 (図 1 3 ) 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。 偏光ビームスプリッタアレイ 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 4 5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 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リ合わせて、 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。 p偏光光は、 偏光分離膜 1 4 4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 1 4 4への入射点における垂線に対して、 入射光線および反射光線と垂線との なす角度が対称となるように反射される （反射の法則） 。 偏光分離膜 1 4 4で反 射された s偏光光は、 さらに反射膜 1 4 5で反射の法則に従って反射されて、 偏 光分離膜 1 4 4をそのまま通過した p偏光光とほぼ平行な状態で出射される。 選 択位相差板 1 4 2は、 偏光分離膜 1 4 4を通過する光の出射面部分には 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に は λ Ζ 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、 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、 ほとんどが s偏光光に変換されて出射する。 もちろん反射膜 1 4 5で反射される光の出射面部分にだけ選択位相差板 1 4 2の λノ 2位相差層 1 4 6を形成することにより、 ρ偏光光に変換して出射することもできる。
なお、 図 1 4 (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 （5偏光光+ 0 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 Ζ 2位相差層 1 4 6の幅\/\^ （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 1 3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） 力、ら、 W p Z 2に等しい距離 Lだけずれた位置に設定されている。
また、 第 1の実施例において （図 5 ) 、 第 1のレンズアレイ 1 2 0の小レンズ 1 2 2によって集光される部分光束は、 第 2のレンズアレイ 1 3 0の対応する小 レンズ 1 3 2内で光源 1 1 0の光源像力《結像されるように集光されていたが、 第 2実施例では、 偏光変換素子1 4 0において第2のレンズアレイ1 3 0から出射 された各部分光束を有効に利用するために、 偏光変換素子 1 4 0の偏光分離膜 1 4 4 (図 1 4 ) の近傍で光源像が結像されるようにすることが好ましい。
図 1 5、 図 1 6は、 第 2実施例における第 2のレンズアレイ 1 3 0 (図 7 ) の 機能を示す説明図である。 図 1 5は、 第 2のレンズアレイ 1 3 0の第 2行目第 1 列の小レンズ 1 3 2 aを通過する部分光束の光路を示しており、 図 1 6は第 2の レンズアレイ 1 3 0の第 4行目第 1列の小レンズ 1 3 2 cを通過する部分光束の 光路を示している。 図 1 5において、 図示しない第 1のレンズアレイ 1 2 0の第 2行第 1列の小レンズ 1 2 2から出射され、 その中心軸 3 5 6 c Iがシステム光 軸に平行な部分光束 3 5 6は、 小レンズ 1 2 2の集光作用によって偏光分離膜 1 4 4上に集光される。偏光分離膜 1 4 4をそのまま透過した部分光束 3 5 6 aは、 重畳レンズ 1 5 0の集光作用によって液晶ライトバルブ 2 5 2の光の入射面であ る被照明領域 2 5 2 aを照明する。 また、 偏光分離膜 1 4 4で反射され、 さらに 反射膜 1 4 5で反射された部分光束 3 5 6 bも、 同様に被照明領域 2 5 2 aを照 明する。 ここで、 小レンズ 1 3 2 aは光軸の位置がレンズ中心にあり （図 7 ) 、 小レンズ 1 3 2 aから出射される部分光束は、 その中心軸 3 5 6 c I力 システ 厶光軸に平行に偏光変換素子 1 4 0に入射され、 偏光変換素子 1 4 0から出射さ れる 2つの部分光束 3 5 6 a , 3 5 6 bは、 それらの中心軸 3 5 6 c I a， 3 5 6 c I bが被照明領域 2 5 2 aの中心を通過するように照明領域 3 5 6 I aを照 明する。
図 1 6において、 図 1 5と同様に、 第 1のレンズアレイ 1 2 0の第 4行第 1列 の小レンズ 1 2 2から出射されその中心軸 3 5 8 c Iがシステム光軸に平行な部 分光束 3 5 8は、 小レンズ 1 2 2の集光作用によって偏光分離膜 1 4 4上に集光 される。 偏光分離膜 1 4 4をそのまま通過した部分光束 3 5 8 aは、 重畳レンズ 1 5 0の集光作用によって被照明領域 2 5 2 aを照明する。 また、 偏光分離膜 1 4 4で反射され、 さらに反射膜 1 4 5で反射された部分光束 3 5 6 bも、 同様に 被照明領域 2 5 2 aを照明する。 ここで、 小レンズ 1 3 2 cは光軸の位置がレン ズ中心から一 X方向にずれているため （図 7 ) 、 小レンズ 1 3 2 cから出射され る部分光束は、 その中心軸 3 5 8 c Iが、 光の進行方向に対してシステム光軸か ら離れていく方向に傾いて偏光変換素子 1 4 0に入射され、 偏光変換素子 1 4 0 から出射される 2つの部分光束 3 5 8 a , 3 5 8 bは、 それらの中心軸 3 5 8 c I a , 3 5 8 c I bが被照明領域 2 5 2 aの中心よりも— x方向にずれて被照明 領域 2 5 2 a通過するように照明領域 3 5 8 I aを照明する。
したがって、 第 2実施例においても、 第 1実施例と同様に、 液晶ライトバルブ 250, 252， 254における、 第 2のレンズアレイの同じ列方向の小レンズ から出射される部分光束による照明位置 （重畳結合位置） を、 光軸の位置が異な る小レンズ 1 32 a， 1 32 b, 1 3 2 c毎にずらすことができる。 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リ形成される 暗線が 1 ケ所に集中することがな 暗線を目立ちにくくすることが可能となる。 なお、 液晶ライトバルブ 250， 252, 254は、 その入射面に偏光板を配 置していることが一般的である。 したがって、 液晶ライトバルブ 250， 252,
254で変調される光束は所定の偏光光のみであり、 その他の偏光光は無駄な光 束として損失される。 したがって、 第 2実施例では、 偏光変換素子 1 40から出 射される光束を、 液晶ライトバルブ 250, 252, 254で利用される所定の 偏光光と同じ偏光光とすれば、 第 1実施例に比べて投写型表示装置としての光の 利用効率を高くすることができる。
ところで、 第 2実施例においても、 第 1実施例と同様に、各小レンズ 1 32 b、 1 32 cの光軸の位置のずらし量を、 第 2のレンズアレイ 1 30や、 偏光変換素 子 1 40、 重畳レンズ 1 50、 フィールドレンズ 240， 242， 244、 液晶 ライトバルブ 250， 253, 254、 クロスダイクロイツクプリズム 260の 中心軸 262等の幾何学的な関係から計算によって求めることができる。 また、 実験的に求めることもできる。 ただし、 第 2実施例においては、 第 2のレンズァ レイを通過した部分光束は、 偏光変換素子 1 40によって、 行方向に間隔 Wpだ けずれた部分光束 （図 1 4) も発生し、 部分光束の行方向の間隔は、 第 1実施例 の 1ノ 2となる。 したがって、 各小レンズ 1 32 b、 1 32 c, すなわち光軸の 位置がレンズ中心からずれている小レンズの光軸の位置は、 このような 1 Z2間 隔で発生する第 2行目および第 5行目の小レンズ 1 32 a、 すなわち光軸の位置 がレンズ中心にある小レンズを通過する部分光束によって発生する暗線の間隔の ちょうど中間に、 光軸の位置がレンズ中心からずれている小レンズ （小レンズ 1
32 b. 1 32 c) を通過する部分光束による暗線が発生するようにずれている ことが好ましい。 なお、 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。
第 2のレンズアレイは、 光学的中心 （光軸） の位置が、 各行毎に、 または、 複 数の組毎に、 行方向のすべて異なった位置にずれていてもよい。 また、 1つの行 または 1つの組のみが、 行方向の異なった位置にずれていてもよい。 さらに、 上 記実施例では、 光源からの光束をマトリクス状の複数の光束に分割していたが、 本発明は、 少なくともほぼ 1列に並ぶ複数の光束に分割する場合にも適用するこ とができる。 つまり、 第 2のレンズアレイの、 所定の列方向に沿ってほぼ並ぶ少 なくとも 1列の小レンズのうち少なくとも一部の小レンズは、 他の小レンズの光 学的中心と異なる位置に光学的中心を有するレンズであればよい。 このとき、 一 部の小レンズを通過した部分光束による被照明領域上の照明位置 （照明領域） が 他の小レンズを通過した部分光束による照明位置とは異なることになる。 これに よって、 クロスダイクロイツクプリズムの中心軸に対する部分光束の位置が、 少 なくとも一部の小レンズを通過した部分光束と他の小レンズを通過した部分光束 とで異なることになつて暗線の発生位置を分離することができる。 したがって、 クロスダイクロイツクプリズムに起因して発生する暗線を目立ちにくくすること ができる。
すなわち、 投写型表示装置は、 色光合成手段の中心軸に相当する方向にほぼ沿 つ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ればよい。 そし て、 この分割重畳光学系は、 一列の部分光束のうち一部の部分光束の照明する光 変調手段上の照明領域が、 他の部分光束の照明する照明領域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、 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照明位置変更手段を備えていればよい。
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。 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 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種類のダイクロイック膜を備え、 前記ダイクロイック膜 力《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 る投写型表示装置に使用され、 前記照明光を出射する照明光学系であって、 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、 前記列方向とほ 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部分光束のうち、 一部の部分光束が照明する前記光 変調手段上の照明領域が、 他の部分光束が照明する照明領域から前記行方向にず 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 . 請求項 1記載の照明光学系であって、
前記分割重畳光学系は、
前記列方向および行方向に配列された複数の小レンズを有する第 1のレンズァ 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して配置された 複数の小レンズを有する第 2のレンズアレイと、
を有し、 前記第 2のレンズァレイの、 前記列方向に沿ってほぼ並ぶ少な〈とも 1列の小 レンズのうち少なくとも一部の小レンズは、 他の小レンズの光学的中心と異なる 位置に光学的中心を有するレンズであることを特徴とする
照明光学系。
3 . 請求項 2記載の照明光学系であって、
前記一部の小レンズは、 該一部の小レンズを通過する部分光束による被照明領 域上の照明領域が、 前記他の小レンズを通過する部分光束による前記被照明領域 上の照明領域に対して、 前記行方向にずれるように、 光学的中心が前記他の小レ ンズの光学的中心と異なる位置に配置された偏心レンズであることを特徴とする 照明光学系。
4 . 請求項 2または 3記載の照明光学系であって、
同じ列方向に存在する前記複数の小レンズは、 複数の組に組分けされ、 同一の組に含まれる小レンズはレンズ中心に対して同じ位置に光学的中心を有 し、
異なる組に含まれる小レンズは、 互いにレンズ中心に対して異なった位置に光 学的中心を有することを特徴とする
照明光学系。
5 . 請求項 4記載の照明光学系であって、
前記複数の組の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、 同じ列方向に存在する前記複数の小レンズを組分けすることを特徴とする 照明光学系。
6 . 請求項 4記載の照明光学系であって、 前記複数の組は、 前記列方向に沿って区分された少なくとも 2つの領域である ことを特徴とする
照明光学系。 フ. 請求項 6記載の照明光学系であって、
前記複数の組は前記列方向に沿って区分された 2つの領域であり、
前記 2つの領域のうち一方の領域に含まれる複数の小レンズの光学的中心と、 他方の領域に含まれる複数の小レンズの光学的中心とが、 レンズ中心に対して対 称な位置にあることを特徴とする
照明光学系。
8 . 請求項 2ないし 6のいずれかに記載の照明光学系であって、
前記第 2のレンズァレイの複数の小レンズのそれぞれの光学中心が、 前記光源 の光軸中心に相当する前記第 2のレンズアレイの中心から点対称の位置に配置さ れていることを特徴とする
照明光学系。
9 . 請求項 2ないし請求項 8のいずれかに記載の照明光学系であって、 前記分割重畳光学系は、 さらに、
前記第 1のレンズアレイおよび前記第 2のレンズアレイの複数の小レンズを通 過する複数の部分光束を、 前記光変調手段上の照明位置でほぼ重畳結合する重畳 結合レンズと、
前記第 2のレンズァレイと前記重畳結合手段との間に設けられた偏光変換素子 と、 を備え、
前記偏光変換素子は、
互いに平行な偏光分離膜と反射膜とを複数組有し、 前記第 2のレンズアレイの 複数の小レンズを通過した複数の部分光束をそれぞれ 2種類の直線偏光成分に分 離する偏光ビ一ムスプリッタアレイと、
前記偏光ビームスプリッタアレイで分離された前記 2種類の直線偏光成分の偏 光方向を揃える偏光変換手段と、 を備えることを特徴とする
照明光学系。
1 0. 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色の光を合成して出射する色光合成手段と、
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手段と、 を備 え、
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、 前記列方向とほ 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部分光束のうち、 一部の部分光束が照明する前記光 変調手段上の照明領域が、 他の部分光束が照明する照明領域から前記行方向にず 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。
1 1 . 請求項 1 0記載の投写型表示装置であって、 前記分割重畳光学系は、
前記列方向および行方向に配列された複数の小レンズを有する第 1のレンズァ 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して配置された 複数の小レンズを有する第 2のレンズアレイと、
を有し、
前記第 2のレンズァレイの、 前記列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも 1列の小 レンズのうち少なくとも一部の小レンズは、 他の小レンズの光学的中心と異なる 位置に光学的中心を有するレンズであることを特徴とする
投写型表示装置。
1 2 . 請求項 1 1記載の投写型表示装置であって、
前記一部の小レンズは、 該一部の小レンズを通過する部分光束による被照明領 域上の照明領域が、 前記他の小レンズを通過する部分光束による前記被照明領域 上の照明領域に対して、 前記行方向にずれるように、 光学的中心が前記他の小レ ンズの光学的中心と異なる位置に配置された偏心レンズであることを特徴とする 投写型表示装置。
1 3 . 請求項 1 1または 1 2記載の投写型表示装置であって、
同じ列方向に存在する前記複数の小レンズは、 複数の組に組分けされ、 同一の組に含まれる小レンズはレンズ中心に対して同じ位置に光学的中心を有 し、
異なる組に含まれる小レンズは、 互いにレンズ中心に対して異なった位置に光 学的中心を有することを特徴とする
投写型表示装置。
1 4. 請求項 1 3記載の投写型表示装置であって、
前記複数の組の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、 同じ列方向に存在する前記複数の小レンズを組分けすることを特徴とする 投写型表示装置。
1 5 . 請求項 1 3記載の投写型表示装置であって、
前記複数の組は、 前記列方向に沿って区分された少なくとも 2つの領域である 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、
前記複数の組は前記列方向に沿つて区分された 2つの領域であリ、
前記 2つの領域のうち一方の領域に含まれる複数の小レンズの光学的中心と、 他方の領域に含まれる複数の小レンズの光学的中心とが、 レンズ中心に対して対 称な位置にあることを特徴とする
投写型表示装置。
1 7 . 請求項 1 1ないし請求項 1 5のいずれかに記載の投写型表示装置であつ て、
前記第 2のレンズァレイの複数の小レンズのそれぞれの光学中心が、 前記光源 の光軸中心に相当する前記第 2のレンズアレイの中心から点対称の位置に配置さ れていることを特徴とする
投写型表示装置。
1 8 . 請求項 1 1ないし請求項 1 7のいずれかに記載の投写型表示装置であつ て、 前記分割重畳光学系は、 さらに、
前記第 1のレンズアレイおよび前記第 2のレンズァレイの複数の小レンズを通 過する複数の部分光束を、 前記光変調手段上の照明位置でほぼ重畳結合する重畳 結合レンズと、
前記第 2のレンズァレイと前記重畳結合手段との間に設けられた偏光変換素子 と、 を備え、
前記偏光変換素子は、
互いに平行な偏光分離膜と反射膜とを複数組有し、 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、 を備えることを特徴とする
投写型表示装置。
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