WO1999026102A1 - Systeme optique d'eclairage et affichage du type a projection - Google Patents

Systeme optique d'eclairage et affichage du type a projection Download PDF

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WO1999026102A1
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Yasunori Ogawa
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    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices

Definitions

  • the present invention relates to an illumination optical system that divides a light beam emitted from a light source into a plurality of partial light beams and superimposes the light beams on the same illumination area.
  • the present invention also relates to a projection display device capable of forming a uniform and bright projection image using the illumination optical system.
  • a light modulator called a “light valve” is used to modulate illumination light applied to the light modulator according to image information to be displayed, and the modulated light beam is projected on a screen.
  • Image display is realized.
  • a liquid crystal panel is usually used as the light modulation device.
  • the image displayed by the projection display device is preferably uniform and bright, and it is required that the light utilization efficiency of the illumination light emitted from the illumination device (illumination optical system) incorporated therein is high.
  • a method of arranging a plurality of micro aperture lenses on the light incident surface of the liquid crystal panel so as to correspond to each pixel of the liquid crystal panel has been considered.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram showing a light beam incident on the liquid crystal panel when a micro lens is arranged on the light incident surface side of the liquid crystal panel.
  • FIG. 15 schematically shows a cross section of a microlens array 110 composed of a liquid crystal panel 100 and a plurality of microlenses 110.
  • the liquid crystal panel 1000 is configured such that the liquid crystal layer 10010 is surrounded by a light shielding layer 10020 called a "black matrix" in a lattice shape.
  • the micro-lens array 110 is arranged so that the center of the liquid crystal layer 110 of one pixel of the liquid crystal panel 100 and the optical axis of one micro-lens 110 almost coincide with each other. It is arranged on the incident surface side of the panel. As shown in Fig.
  • the light beam incident almost parallel to the optical axis of the microlens 11 The light is condensed by 110 and passes through the liquid crystal layer 110.
  • a light beam blocked by the light shielding layer 102 can also be used. Therefore, the use efficiency of light can be increased by using a microlens.
  • the light beam obliquely incident on the optical axis of the microlens 110 is also condensed by the microlens 110, but the liquid crystal layer 110 A luminous flux which cannot pass through and is blocked by the light shielding layer 102 will be generated.
  • the use of microlenses would rather reduce the light use efficiency. This phenomenon becomes more remarkable as the angle of the light beam with respect to the optical axis (incident angle) increases.
  • the above problems can be reduced by reducing the angle of incidence of light on the liquid crystal panel, and the light use efficiency can be improved.
  • the angle of incidence on other optical elements other than the liquid crystal panel for example, a projection lens for projecting a modulated light beam emitted from the liquid crystal panel onto a screen
  • the light use efficiency of the optical element is improved, and the light use efficiency of the entire projection display device can be improved.
  • the optical path length from the light source to the illumination area may be increased. However, this is not preferable because it increases the size of the illumination optical system.
  • the luminous flux of the light source is divided into a plurality of partial luminous fluxes, and then the illumination area is illuminated with the plurality of partial luminous fluxes superposed. Therefore, it is difficult to reduce the angle of incidence on the illumination area without significantly increasing the optical path length in the illumination optical system including the integration optical system.
  • an illumination optical system including an integrator optical system does not need to increase the optical path length from the light source to the illumination area.
  • Technology to reduce the angle of incidence of light The purpose is to do. Disclosure of the invention
  • the illumination optical system of the present invention is configured to solve the above problems.
  • An illumination optical system that divides a light beam emitted from a light source into a plurality of partial light beams and illuminates the plurality of partial light beams substantially on the illumination region in order to illuminate a light incident surface of a predetermined optical device as an illumination region;
  • Light beam reducing means having an afocal optical system function of converting an incident light beam into an outgoing light beam having a light beam width smaller than the light beam width of the incident light beam;
  • the gist of the invention is that the light beam reducing means has a light collecting function for realizing the afocal optical system and a function of collimating light.
  • the width of the light beam emitted from the illumination optical system is reduced by a light beam reducing means having the function of an afocal optical system. Therefore, the incident angle of the light beam illuminating the illumination area can be reduced without significantly increasing the optical path length from the light source to the illumination area.
  • the smaller the incident angle of the light beam incident on the optical element the better the light use efficiency of the optical element. Therefore, the use efficiency of light can be improved by using the illumination optical system of the present invention.
  • a light source that emits a substantially parallel light beam
  • a dividing and superimposing unit configured to divide the light beam emitted from the light source into a plurality of partial light beams and to superimpose the plurality of partial light beams substantially on the illumination area;
  • the light beam reducing means may be included in the division and superimposition means. Also in the above configuration, the substantially parallel light flux emitted from the light source is converted into a plurality of partial light fluxes whose width has been reduced as a whole by the division and superimposition means, and is superimposed on the illumination area. Therefore, reduce the angle of incidence of each partial light beam on the illumination area be able to. As a result, it is possible to improve the use efficiency of light emitted from the illumination optical system.
  • a first lens array having a function of a first lens array having a plurality of small lenses for splitting the substantially parallel light beam into a plurality of partial light beams; a first light beam splitting means having the light collecting function; and a first lens array.
  • Second light beam splitting means having a function of a second lens array correspondingly having a plurality of small lenses, and a function of collimating the light,
  • Superimposing means for superimposing the plurality of partial light beams emitted from the second light beam dividing means on the illumination area
  • the overall width of the plurality of partial light beams emitted from the second light beam division means can be reduced by the light beam reduction means. it can. This makes it possible to reduce the angle of incidence of the partial beams superimposed on the illumination area into the illumination area, thereby improving the use efficiency of light emitted from the illumination optical system. Also, each component from the second beam splitting means to the superimposing means can be reduced in size.
  • the first light beam splitting means may include the first lens array formed as an independent optical element and the first optical element having the light collecting function. Further, the function of the first lens array and the light-collecting function may be an optical element that is optically integrated. Here, “to be optically integrated” means that each optical element is in close contact with each other or is one optical element having a plurality of functions. Each optical element can be optically integrated by bonding with an adhesive or by integrally molding. Further, the first light beam splitting means may be formed as a decentered lens array including a plurality of decentered lenses having both the function of a first lens array and the function of condensing light.
  • the second light beam splitting means may include the second lens array formed as an independent optical element and a second optical element having a function of collimating the light. Further, an optical element in which the function of the second lens array and the function of parallelizing the light may be optically integrated. Further, the second light beam splitting means may be an eccentric lens array having a plurality of eccentric lenses.
  • the first light beam splitting means and the second light beam splitting means can be optically integrated with each other, although each function can be constituted by separate optical elements. With this configuration, loss of light generated at the interface between the optical elements can be prevented, and the light use efficiency can be improved. Also, the components of the illumination optical system can be reduced.
  • the first light beam splitting means includes:
  • the second light beam splitting means includes:
  • the division superimposing means may have a function of a second lens array having a plurality of small lenses corresponding to the first lens array, and a function of collimating the light. Even if the division superimposing means is configured as described above, the width of the light beam emitted from the first light beam dividing means can be reduced by the light beam reducing means. This makes it possible to reduce the angle of incidence of each partial light beam superimposed on the illumination area into the illumination area, thereby improving the use efficiency of light emitted from the illumination optical system. In addition, since the first light beam splitting means has a function as the superimposing means, the superimposing means is independently provided. W
  • the first light beam splitting means includes: a first lens array formed as an independent optical element; a first optical element having the light condensing function; and a light beam emitted from the first light beam splitting means. And a superimposing lens that superimposes the plurality of partial light beams on the illumination area via the second light beam splitting means. Further, the function of the first lens array, the condensing function, and a plurality of partial light beams emitted from the first light beam splitting means are superimposed on the illumination area via the second light beam splitting means.
  • the function to be performed may be an optical element that is optically integrated.
  • the first light beam splitting means may be an eccentric lens array having a plurality of eccentric lenses.
  • the second light beam splitting means may include the second lens array formed as an independent optical element and a second optical element having a function of collimating the light. Further, an optical element in which the function of the second lens array and the function of collimating the light may be optically integrated.
  • the second light beam splitting means may be an eccentric lens array having a plurality of eccentric lenses.
  • the first light beam splitting means and the second light beam splitting means can be optically integrated with each other, although each function can be constituted by separate optical elements. With this configuration, loss of light generated at the interface between the optical elements can be prevented, and the light use efficiency can be improved. Also, the components of the illumination optical system can be reduced.
  • First and second light beam splitting means for splitting a substantially parallel light beam emitted from the light source into a plurality of partial light beams
  • the light beam reducing means may be provided on an optical path from the light source to an emission surface of the first light beam splitting means.
  • a first optical element having the light condensing function is provided at an intermediate position between the light source and the first light beam splitting unit,
  • the function of collimating the light may be included in the first light beam splitting means.
  • the splitting / superimposing means is configured as described above, the width of the light beam emitted from the light source is reduced by the light beam reducing means, and the width of the light beam as a whole of the plurality of partial light beams emitted from the first light beam splitting means is reduced. Can be reduced. This makes it possible to reduce the angle of incidence of each partial light beam superimposed on the illumination region into the illumination region, thereby improving the use efficiency of light emitted from the illumination optical system. Also, each component from the first beam splitting means to the superimposing means can be reduced in size.
  • the first beam splitting means may be one optical element having a function of collimating the light.
  • the first light beam splitting means may be an eccentric lens array having a plurality of eccentric lenses.
  • First and second light beam splitting means for splitting a substantially parallel light beam emitted from the light source into a plurality of partial light beams
  • Superimposing means for superimposing the plurality of partial light beams substantially on the illumination area
  • the light beam reducing means may be provided on an optical path from an incident surface of the second light beam dividing means to an emission surface of the superimposing means.
  • the light collecting function is included in the second light beam splitting means
  • the function of collimating the light may be included in the superimposing unit. Even if the splitting / superimposing means is configured as described above, the plurality of partial light beams emitted from the first light beam splitting means are provided on the optical path from the incident surface of the second light beam splitting means to the emission surface of the superimposing means.
  • the light beam reducing means can reduce the overall light beam width of the plurality of partial light beams emitted from the superimposing means. This makes it possible to reduce the angle of incidence of each partial light beam superimposed on the illumination area into the illumination area, thereby improving the use efficiency of light emitted from the illumination optical system.
  • the first light beam splitting means may be one optical element having the light collecting function.
  • the superimposing means may be one optical element having a function of collimating the light. By doing so, it is possible to prevent the loss of light generated at the interface of each optical element and improve the light use efficiency. Also, the components of the illumination optical system can be reduced.
  • First and second light beam splitting means for splitting a substantially parallel light beam emitted from the light source into a plurality of partial light beams
  • Superimposing means for superimposing the plurality of partial light beams substantially on the illumination area
  • the light beam reducing means may be provided on an optical path from an incident surface of the superimposing means to the illumination area.
  • the light-collecting function is included in the superimposing means
  • the second optical element having a function of collimating the light may be provided at an intermediate position between the superimposing unit and the illumination area.
  • the split superimposing means is configured as described above, the plurality of partial light beams emitted from the superimposing means are emitted from the superimposing means by the light beam reducing means provided on the optical path from the incident surface of the superimposing means to the illumination area.
  • the width of the light beam as a whole of the plurality of divided light beams can be reduced. This makes it possible to reduce the angle of incidence of each partial light beam superimposed on the illumination area into the illumination area, thereby making use of the light emitted from the illumination optical system. Usage efficiency can be improved.
  • the superimposing means may be one optical element having the light collecting function. In this way, loss of light generated at the interface between the optical elements can be prevented, and the light use efficiency can be improved. Also, the components of the illumination optical system can be reduced.
  • a light source having a reflector as a first optical element having the light condensing function, and emitting a convergent light beam
  • Division and superimposition means for dividing the convergent light beam into a plurality of partial light beams, and superimposing the plurality of partial light beams substantially on the illumination area;
  • the function of collimating the light may be included in the division and superposition means.
  • the convergent light beam emitted from the light source is converted into a plurality of partial light beams whose width is reduced as a whole by the division and superimposition means, and is superimposed on the illumination area.
  • the angle of incidence of each partial light beam on the illumination area can be reduced, so that the efficiency of using light emitted from the illumination optical system can be improved.
  • First and second light beam splitting means for splitting the convergent light beam into a plurality of partial light beams, and superimposing means for substantially overlapping the plurality of partial light beams on the illumination area
  • the function of collimating the light may be included in the first light beam splitting means.
  • the splitting / superimposing means is configured as described above, the width of the light flux as a whole of the plurality of partial light fluxes emitted from the first light flux splitting means is parallelized by the reflector of the light source and the light.
  • the light can be reduced by the light beam reducing means having the function of performing the above operation. This makes it possible to reduce the angle of incidence of each partial light beam superimposed on the illumination area into the illumination area, so that the efficiency of use of light emitted from the illumination optical system can be improved. Further, each component from the first light beam splitting means to the superimposing means can be reduced in size.
  • the first light beam splitting means may be one optical element having a function of collimating the light.
  • the first light beam splitting means may be an eccentric lens array having a plurality of eccentric lenses. With this configuration, loss of light generated at the interface between the optical elements can be prevented, and the light use efficiency can be improved. Also, the number of components of the illumination optical system can be reduced.
  • First and second light beam splitting means for splitting the convergent light beam into a plurality of partial light beams, and superimposing means for substantially overlapping the plurality of partial light beams on the illumination area
  • the function of collimating the light may be included in the second light beam splitting means.
  • the width of the total light flux of the plurality of partial light fluxes emitted from the second light flux splitting means can be reduced by the reflector of the light source and the function of parallelizing the light. It can be reduced by means. This makes it possible to reduce the angle of incidence of each partial light beam superimposed on the illumination area into the illumination area, so that the efficiency of use of light emitted from the illumination optical system can be improved. Further, each component from the second light beam splitting means to the superimposing means can be reduced in size.
  • the second light beam splitting means may be one optical element having a function of collimating the light.
  • the second light beam splitting means may be an eccentric lens array having a plurality of eccentric lenses. With this configuration, loss of light generated at the interface between the optical elements can be prevented, and the light use efficiency can be improved. Also, the number of components of the illumination optical system can be reduced. In each of the above illumination optical systems,
  • a polarization generating unit that converts a light beam having a random polarization direction into one type of polarized light beam having a uniform polarization direction and emits the light beam.
  • Polarization separation means for separating into two types of polarized light beams having different polarization directions,
  • Polarization conversion means for converting the polarization direction of one polarized light flux obtained by the polarization separation means to be the same as the polarization direction of the other polarized light flux
  • the illumination area can be illuminated by one type of polarized light beam having the same polarization direction obtained by the polarized light generation means.
  • Each of the above-mentioned illumination optical systems of the present invention can be used as an illumination optical system of a projection display device.
  • a projection display device As a projection display device,
  • a light modulating unit that modulates light emitted from the illumination optical system in accordance with image information, and a projection optical system that projects a modulated light beam obtained by the light modulating unit onto a projection surface can be provided.
  • the illumination optical system of the present invention can reduce the incident angle of the light beam that illuminates the light modulating means, which is the illumination area, so that the efficiency of use of light emitted from the illumination optical system is improved. Can be done. Therefore, in a projection display device or the like incorporating the illumination optical system of the present invention, the brightness of a projected image can be improved. Since the illumination optical system of the present invention has an integrator optical system, even if the light beam emitted from the light source has a large deviation in the light intensity distribution in the cross section of the light beam, Since it is possible to obtain illumination light with uniform brightness and without brightness or color unevenness, it is possible to obtain a projection image with uniform brightness over the entire projection surface and without brightness or color unevenness. Can be.
  • the illumination optical system of the present invention is provided with the polarization generating means having the polarization separating means and the polarization converting means as described above, the following effects can be obtained.
  • a light flux which absorbs a polarized light flux having a different polarization direction unnecessary for display by a polarization selecting means such as a polarizing plate is used, so that the light use efficiency is extremely reduced. Further, when a polarizing plate is used as the polarization selecting means, a large cooling device for cooling the polarizing plate is required because the temperature of the polarizing plate is significantly increased by light absorption.
  • a polarization generating means a light beam having a random polarization direction emitted from the light source can be converted into a polarized light beam having almost one kind of polarization direction as a whole, and the polarization light beam having almost the same polarization direction can be converted. Only polarized light fluxes can be used as illumination light that can be used by the light modulating means. Therefore, it is possible to use most of the light flux emitted from the light source, and it is possible to obtain an extremely bright projected image.
  • the illuminating light hardly contains polarized light beams having different polarization directions unnecessary for display, the light absorption by the polarizing plate is small, the temperature rise of the polarizing plate can be suppressed, and the cooling device can be simplified. Can be achieved.
  • the projection display device further includes:
  • a color light separating unit that separates the light emitted from the illumination optical system into at least two color light beams; a plurality of light modulating units that respectively modulate the color light beams separated by the color light separating unit; Color light synthesizing means for synthesizing the modulated light flux of each color after being modulated by the modulation means,
  • the combined light beam obtained by the color light combining means may be projected through the projection optical system.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of an illumination optical system according to a first embodiment of the present invention, as viewed in plan.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of the first lens array 30.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing another configuration of the first lens array 30 and the condenser lens 60 and another configuration of the second lens array 40 and the diverging lens 70.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a modification of the illumination optical system as the first embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing another configuration of the afocal optical system.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a main part when the illumination optical system 100 is a polarization illumination optical system, as viewed in plan.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration of the polarization generating element 180.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a main part of an illumination optical system according to a third embodiment of the present invention, as viewed in plan.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a main part of an illumination optical system according to a fourth embodiment of the present invention, as viewed in plan.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a main part of an illumination optical system according to a fifth embodiment of the present invention, as viewed in plan.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a main part of an illumination optical system according to a sixth embodiment of the present invention as viewed in plan.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a main part of an illumination optical system according to a seventh embodiment of the present invention as viewed in plan.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a main part of an illumination optical system according to an eighth embodiment of the present invention, as viewed in plan.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a main part of a projection display apparatus using the illumination optical system of the present invention, as viewed in plan.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram showing a light beam incident on the liquid crystal panel when a micro lens is arranged on the light incident surface side of the liquid crystal panel.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of an illumination optical system according to a first embodiment of the present invention, as viewed in plan.
  • the illumination optical system 100 includes a light source 20 that emits a substantially parallel light beam, a first lens array 30, a condenser lens 60, a diverging lens 70, and a second lens array 40. And a superimposing lens 50. Each component is arranged in order along the system optical axis 100 LC.
  • the illumination optical system 100 is an integrator optical system for uniformly illuminating the illumination area 80.
  • the light source 20 has a light source lamp 22 as a radiation light source that emits a radial light beam, and a concave mirror 24 that emits the radiation light emitted from the light source lamp 22 as a substantially parallel light beam.
  • a parabolic mirror is preferably used.
  • the function of the integrator optical system is realized by the first lens array 30, the second lens array 40, and the superimposing lens 50 among these components.
  • the first and second lens arrays 30 and 40 have a function as light beam splitting means in the present invention.
  • the first lens array 30 has a function of dividing the emitted light from the light source 20 into a plurality of partial light beams and condensing each of the partial light beams in the vicinity of the second lens array 40. ing.
  • the second lens array 40 has a function of irradiating the light emitted from each small lens 31 of the first lens array 30 to the illumination area 80.
  • the superimposing lens 50 is parallel to the system optical axis. It has a function of superimposing a plurality of partial light beams having a central axis on the illumination area 80.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of the first lens array 30.
  • the first lens array 30 has a configuration in which small lenses 31 having a substantially rectangular outline are arranged in a matrix of M rows and N columns.
  • the second lens array 40 (FIG. 1) 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 31 of the first lens array 30. I have. However, the second lens array 40 is smaller than the first lens array 30 as described later.
  • Each of the small lenses 31 of the first lens array 30 divides the light beam emitted from the light source 20 (FIG. 1) into a plurality (ie, MXN) of partial light beams, and divides each of the partial light beams into a second lens. Focus light near the array 40.
  • the external shape of each small lens 31 viewed from the z direction is generally set to be substantially similar to the shape of the area in the illumination area 80 where light is actually irradiated. For example, assuming a liquid crystal panel as the illumination area, and the aspect ratio (ratio between the horizontal and vertical dimensions) of the image display area is 4: 3, the aspect ratio of the small lens 30 is also 4 : Set to 3.
  • the light collecting lens 60 and the diverging lens 70 disposed between the first lens array 30 and the second lens array 40 have a light beam width smaller than the light beam width of the incident light beam.
  • An afocal optical system that converts the light into an emitted light beam is configured.
  • These lenses 60 and 70 correspond to the luminous flux reducing means in the present invention. Since the condenser lens 60 and the diverging lens 70 constitute an afocal optical system, the angle of the luminous flux emitted from the diverging lens 70 is the same as the angle of the incident luminous flux of the condenser lens 60, and the luminous flux Only the width of is reduced.
  • the partial light flux SL emitted from the diverging lens 70 passes through the second lens array 40, and illuminates the illumination area 80 by the superimposing lens 50.
  • the incident angle of the central optical path when the partial light beam SL passing through the outermost small lens 41 of the second lens array 40 irradiates the illumination area 80 is set to 01.
  • the figure shows a lens array 40 ′, a superposition lens 50 ′, and an optical path of a partial light beam SL ′ passing through them.
  • the second lens array 40 ' has the same size as the second lens array 30.
  • the second lens array 40 ′ and the superimposing lens 50 ′ are slightly shifted in the z-axis direction for easy viewing, the actual second lens array 40 ′ It is assumed that they are arranged in the same z-direction position as the superimposing lens 50.
  • the incident angle of the central optical path when the partial light beam SL ′ emitted from the outermost small lens 31 of the first lens array 30 irradiates the illumination area 80 is set to 02.
  • the illumination optical system integrated optical system
  • the angle of incidence of the light beam on the illumination area can be reduced by increasing the distance from the illumination optical system to the illumination area.
  • the size of the device is increased.
  • a longer optical path of the illumination optical system causes a loss of light.
  • the width of the entire light beam is reduced by the afocal optical system constituted by the condenser lens 60 and the diverging lens 70, the illumination nod area 80 from the second lens array 40 is reduced. Even when the distance from the second lens array 40 ′ to the illumination area 80 is equal to the distance from the second lens array 40 ′, the incident angle 01 is smaller than the incident angle 02. Therefore, when an optical element having the illumination area 80 as a light incident surface is used, the efficiency of light for effectively irradiating the illumination area can be reduced without increasing the size of the device as compared with a conventional illumination optical system. Can be improved. Further, since the width of the entire light beam emitted from the afocal optical system is reduced, there is an advantage that an optical element arranged downstream of the afocal optical system can be reduced in size.
  • FIG. 3 is a diagram showing another configuration of the first lens array 30 and the condenser lens 60 and the other configuration of the second lens array 40 and the diverging lens 70 in the first embodiment.
  • the first lens array 30 and the condenser lens 60 are separately arranged in FIG. 1, they may be optically integrated. That is, as shown in FIG. 3 (A-1), the first lens array 30 and the condenser lens 60, each formed as an independent optical element, may be optically integrated by bonding with an adhesive. Alternatively, one optical element having these functions may be integrally formed. For example, when the first lens array 30 and the condenser lens 60 are integrally formed, as shown in FIG. 3 (A-2), an eccentric having both functions of the first lens array 30 and the condenser lens 60 is formed.
  • the lens array 30a can be formed as the lens array 30a. As shown in Fig. 3 (A-1) and (A-2), if the first lens array 30 and the condensing lens 60 are optically integrated, the optical loss generated at the interface between the optical elements can be reduced. However, it is possible to further enhance the light use efficiency.
  • the second lens array 40 and the diverging lens 70 are also separately arranged in FIG. 1, but they may be optically integrated in the same manner. That is, as shown in FIG. 3 (B-1), the second lens array 40 and the diverging lens 70, each formed as an independent optical element, are optically integrated by bonding with an adhesive. Alternatively, one optical element having these functions may be integrally formed. For example, when the second lens array 40 and the divergent lens 70 are integrally formed, as shown in FIG. 3 (B-2), an eccentric lens array having both the functions of the second lens array 40 and the divergent lens 70 is provided. It can be formed as 40a. If the second lens array 40 and the diverging lens 70 are optically integrated as shown in Figs.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a modification of the illumination optical system as the first embodiment.
  • this illumination optical system 100 A the order of the condenser lens 60 and the first lens array 30 of the illumination optical system 100 (FIG. 1) is exchanged, and the direction of the convex surface of each lens is reversed.
  • the second lens array 40 and the diverging lens 70 are replaced with an eccentric lens array 40a, and the convex surface of the lens is arranged to face the light incident surface.
  • the first lens array 30 and the condenser lens 60 may be bonded together with an adhesive as in FIG. 3 (A-1), or may be formed integrally.
  • This illumination optical system 100 A can reduce the angle of incidence on the illumination area without increasing the optical path length from the light source to the illumination area.
  • the efficiency of light for effectively irradiating the region can be improved.
  • the illumination optical system 10 OA converts the light emitted from the light source 20 into condensed light (dashed line in the figure) that is incident on the eccentric lens array 40 a by the condensing lens 60.
  • the condensed light emitted from the lens 60 is split into a plurality of partial light beams by the first lens array 30.
  • the distance from the first lens array 30 to the eccentric lens array 40a is made shorter than the distance from the first lens array 30 to the second lens array 40 in the first embodiment. Is possible.
  • the efficiency of light emitted from the light source 20 and incident on the decentered lens array 40a is determined by the efficiency of light emitted from the light source 20 of the illumination optical system 100 and incident on the second lens array 40. It can be improved.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing another configuration of the afocal optical system.
  • Figure 5 shows a convex lens 60 'with a relatively long focal length and a relatively
  • An afocal optical system is constituted by the convex lens 70 'having a short distance.
  • the first illumination optical system of the present invention shown in FIG. 1 can be a polarized illumination optical system using one type of polarized light beam.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a main part when the illumination optical system 100 is a polarization illumination optical system as viewed in plan.
  • the illumination optical system 200 of this example has substantially the same configuration as the illumination optical system 100 shown in FIG. The difference is that a polarization generating element 180 is provided between the second lens array 40 and the superimposing lens 50.
  • the luminous flux shown in the figure shows only its central optical path unless otherwise specified.
  • the light beam emitted from the light source 20 is split into a plurality of partial light beams by the first lens array 30, and then the light is collected by the condenser lens 60 and The width of the entire light beam is reduced by the diverging lens 70 and the light beam is emitted from the second lens array 40. Then, the plurality of partial luminous fluxes emitted from the second lens array 40 are converted by the polarization generation element 180 into almost one kind of polarized luminous flux having a uniform polarization direction as described later. . A plurality of partial luminous fluxes having substantially the same polarization direction are superimposed on the illumination area 80 by the superimposing lens 50.
  • the incident angle of the illumination light for illuminating the illumination area 80 can be reduced.
  • the light source 20, the first lens array 30, the condensing lens 60, the diverging lens 70, and the second lens array 40 have their optical axes 20 LC set to the system light. It is arranged so as to move parallel to the axis 200 LC in the x-axis direction by a certain distance Dp. The distance D p will be described later. You.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration of the polarization generating element 180.
  • FIG. 7A is a perspective view of the polarization generating element 180.
  • the polarization generating element 180 includes a light-shielding plate 120, a polarization beam splitter array 140, and a selective retardation plate 160.
  • the polarizing beam splitter array 140 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 reflecting films 144 are alternately formed on the interface between the light-transmitting plate members 144.
  • the polarizing beam splitter array 140 is formed by bonding a plurality of glass plates having these films formed thereon such that the polarization separating films 144 and the reflecting films 15 are alternately arranged. It is manufactured by cutting obliquely at an angle of.
  • the polarization separation film 144 can be formed of a dielectric multilayer film, and the reflection film 144 can be formed of a dielectric multilayer film or an aluminum film.
  • the light shielding plate 120 is configured by arranging a plurality of light shielding surfaces 122 and a plurality of opening surfaces 123 in a stripe shape. The light beam incident on the light-shielding surface 122 of the light-shielding plate 120 is blocked, and the light beam incident on the opening surface 123 passes through the light-shielding plate 120 as it is.
  • the light-shielding plate 120 has a function of controlling the transmitted light flux according to the position on the light-shielding plate ⁇ 20, and the arrangement of the light-shielding surface 122 and the opening surface 123 is
  • the partial light beam emitted from the second lens array 40 is set so as to enter only the polarization separation film 144 of the polarization beam splitter array 140 and not to the reflection film 144. . That is, they are arranged so that the center of each of the apertures 123 of the light-shielding plate 120 and the center of the polarization separation film 144 of the polarization beam splitter array 140 are substantially coincident with each other.
  • the width of the opening 23 (opening width in the X direction) is set to be substantially equal to the width Wp of the polarization separating film 144 in the X direction.
  • a light-shielding film for example, a chromium film, an aluminum film, and a dielectric multilayer film
  • a flat transparent body for example, a glass plate
  • a plate having an opening in a light-shielding flat plate such as an aluminum plate can be used.
  • FIG. 7 (B) is an explanatory view showing the function of the polarization generating element.
  • the light beam emitted from the second lens array 40 passes through the aperture surface 123 of the light shielding plate 120 so that its principal ray (center optical path) is almost parallel to the system optical axis 200.
  • the polarization separation film 144 separates the light into s-polarized light and p-polarized light.
  • the P-polarized light passes through the polarization separation film 144 as it is.
  • the s-polarized light is reflected by the polarization separation film 144 of the s-polarized light, further reflected by the reflection film 15, and is substantially parallel to the p-polarized light that has passed through the polarization separation film 144 as it is.
  • a ⁇ ⁇ 2 retardation layer 16 2 is formed on the emission surface of the light passing through the polarization splitting film 144 of the selective retardation plate 160, and the light reflected by the reflection film 144 is formed.
  • the exit surface has an opening layer 163 on which no ⁇ 2 retardation layer is formed. Therefore, the ⁇ -polarized light transmitted through the polarization separation film 144 is converted into s-polarized light by the ⁇ 2 retardation layer 144 and emitted. As a result, most of the randomly polarized light flux incident on the polarization generating element 180 is converted into s-polarized light and emitted.
  • the ⁇ ⁇ 2 phase difference layer 16 2 of the selective retardation plate 16 0 is formed only on the exit surface of the light reflected by the reflection film 1 4 5 to convert most light beams into ⁇ -polarized light. It can also be fired.
  • the center of the two s-polarized lights (the center of the two s-polarized lights) emitted from the polarization generating element 180 is the incident random polarized light flux (s-polarized light). + (Polarized light) in the X direction.
  • This shift amount is equal to half of the width W p of the ⁇ 2 retardation layer 16 2 (ie, the width of the polarization separation film 144 in the X direction). Therefore, as shown in FIG. 6, the optical axis 20 LC of the light source 20 is shifted from the system optical axis 200 LC of the polarization generating element 180 and thereafter by a distance D p equal to W p, 2. Is set to position.
  • the first lens array 30, the second lens array 40, and the superimposing lens 50 constitute a reintegrator optical system.
  • the condenser lens 60 and the diverging lens 70 constitute a rear focal optical system, which reduces the width of the light beam entering the second lens array 40.
  • the polarization generating element 180 converts the partial light beam, which is a random polarized light beam, into a polarized light beam having a substantially uniform polarization direction.
  • a light-shielding plate 120 is disposed on the incident side of the polarization beam splitter array 140, and a partial light beam is incident only on the polarization separation film 144. There is almost no partial light beam entering the polarization splitting film 144 through the light emitting device 45, and the type of polarized light beam emitted from the polarization generating element 180 is limited to almost one. Therefore, the illumination region 80 is almost uniformly illuminated with one kind of polarized light beam. When the light emitted from the light source 20 has good parallelism, the second lens array 40 and the light shielding plate 120 can be omitted.
  • the incident angle of the illumination light for illuminating the illumination area 80 is reduced. Can be. Therefore, when using an optical element in which the illumination area 80 is a light incident surface, it is possible to improve the light use efficiency without increasing the size of the device as compared with the conventional illumination optical system. it can. Further, since the width of the entire light beam emitted from the afocal optical system is reduced, it is possible to reduce the size of an optical element disposed downstream of the afocal optical system.
  • the illumination optical system 200 of the second embodiment the randomly polarized light emitted from the light source 20 is converted into almost one kind of polarized light by the polarization generating element 180, and the illumination area 80 is uniformly illuminated by the light having the same polarization direction. it can.
  • the illumination optical system 200 of the second embodiment since almost no light loss is involved in the process of generating a polarized light beam, almost all of the light emitted from the light source is illuminated. Can lead to region 80. Therefore, it has the feature that the light use efficiency is extremely high.
  • the polarized light beam illuminating the illumination area 80 hardly contains other polarized light beams having different polarization directions. Therefore, when the polarization illumination optical system of the present invention is used as an optical system for illuminating a modulation unit that performs display using a polarized light beam as in a liquid crystal device, conventionally, the modulation unit is located on the side where the illumination light is incident. In some cases, the disposed polarizing plate can be made unnecessary.
  • both the illumination optical system not including the polarization generating element and the illumination optical system including the polarization generating element have the same polarization. Except for the conversion element, almost the same configuration can be adopted. This is the same in the other embodiments described below.
  • the focusing lens 60 may be optically integrated with the first lens array 30. It is possible. Also, as shown in FIGS. 3 (B-1) and (B-2), the diverging lens 70 can be optically integrated with the second lens array 40. Further, all the optical elements from the diverging lens 70 to the superposing lens 50 may be optically integrated.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a main part of an illumination optical system according to a third embodiment of the present invention, as viewed in plan.
  • the illumination optical system 300 includes a light source 320 that emits a substantially parallel light beam, a condenser lens 360, a diverging lens 370, a first lens array 330, and a second lens array 330.
  • a lens array 340, a polarization generating element 380, and a superimposing lens 350 are provided. Each component is arranged in order along the system optical axis 300 LC.
  • This illumination optical system 300 is composed of a focusing lens 360 and an afocal optical system.
  • the point at which the diverging lens 370 is disposed between the light source 322 and the first lens array 330 is referred to as a four-point symbol.
  • the first lens array 330, the second lens array 340, the polarization generating element 380, and the superimposing lens 350 are configured to correspond to the width of the light beam reduced by the afocal optical system. Have been. These functions are the same as those of the first lens array 30, the second lens array 40, the polarization generating element 180, and the superimposing lens 50 in the illumination optical systems 100 and 200 described above. The explanation is omitted.
  • the width of the substantially parallel light flux emitted from the light source 320 is first reduced by the condenser lens 360 and the diverging lens 3700. .
  • the diverging lens 370 may be arranged immediately after the first lens array 370. Further, also in the third embodiment, the diverging lens 370 can be optically integrated with the first lens array 330. Further, all the optical elements from the second lens array 340 to the superimposing lens 50 may be optically integrated.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a main part of an illumination optical system according to a fourth embodiment of the present invention, as viewed in plan.
  • the illumination optical system 400 includes a light source 420 that emits a substantially parallel light beam, a first lens array 4300, a second lens array 4440, and a polarization generating element 4800.
  • a superimposing lens 450, a condenser lens 450, and a diverging lens 470 are provided. Each component is arranged in order along the system optical axis 400 LC.
  • This illumination optical system 400 is provided with a condenser lens 450 and a diverging lens 470 constituting the afocal optical system, and a stage after the superposition lens 450, that is, a superposition lens 450.
  • each optical element Corresponds to the size of the light source 420.
  • the function of each of these optical elements is based on the first lens array 30, the second lens array 40, the polarization generating element 180, and the superimposing lens 50 in the illumination optical systems 100 and 200 described above. Therefore, the description is omitted.
  • the condensing lens 460 and the diverging lens 470 function as an afocal optical system, so that a plurality of partial light beams emitted from the superimposing lens 450 are formed. Reduce the overall width.
  • the width of the entire light beam as much as possible by the afocal optical system is reduced. Can be reduced. This makes it possible to further reduce the incident angle of the illumination light as compared with the above-described embodiments.
  • the condenser lens 460 and the superimposing lens 450 are described as separate optical elements. It is common to integrate them together. That is, the condenser lens 47 0 and the superimposing lens 450 can be made into one condenser lens. Further, all the optical elements from the second lens array 44 to the condenser lens 46 may be optically integrated.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a main part of an illumination optical system according to a fifth embodiment of the present invention, as viewed in plan.
  • the illumination optical system 500 includes a light source 52 0 that emits a substantially parallel light beam, a first lens array 5300, a second lens array 5400, a polarization generating element 5800, A condenser lens 560, a diverging lens 570, and a superimposing lens 550 are provided. Each component is arranged sequentially along the system optical axis 500 LC. You.
  • the illumination optical system 500 includes a condensing lens 560 and a diverging lens 570 constituting an afocal optical system and a stage preceding the superimposing lens 550, that is, the superimposing lens 550 and the polarization conversion element 580. It is characterized by the point arranged between 0. Since the first lens array 530, the second lens array 540, and the polarization generating element 580 are arranged in front of the afocal optical system, the size of each optical element is determined by the light source 5 2 It corresponds to the size of 0. The functions of these optical elements are the same as those of the first lens array 30, the second lens array 40, and the polarization generating element 180 in the illumination optical systems 100 and 200 described above. Therefore, the description is omitted.
  • a plurality of partial light beams emitted from the converging lens polarization generating element 580 are used as an afocal optical system of the converging lens 560 and the diverging lens 570. According to this function, the width of the luminous flux of the plurality of partial luminous fluxes as a whole is reduced.
  • a plurality of partial light beams emitted from the diverging lens 570 are incident on the superimposing lens 550 with their principal rays almost parallel to the system optical axis 500 LC, and are superimposed on the illumination area 80. Is done.
  • the plurality of partial light beams emitted from the afocal optical system are merely superimposed and illuminate the illumination area 80. Therefore, the width of the entire light beam can be reduced as much as possible by the afocal optical system. This allows the superposition lens
  • the incident angle of the illumination light can be further reduced as compared with the above-described first to third embodiments.
  • the superimposing lens 550 and the diverging lens 570 in the fifth embodiment can be optically integrated.
  • All the optical elements up to 60 may be optically integrated.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a main part of an illumination optical system according to a sixth embodiment of the present invention as viewed in plan.
  • This illumination optical system 600 has a light source 6200 that emits a substantially parallel light beam.
  • Each component is arranged in order along the system optical axis 600LC.
  • the illumination optical system 600 includes a condenser lens 660 and a diverging lens 670 which constitute an afocal optical system, and is provided between the first lens array 630 and the second lens array 640. The feature is that they are arranged and the superposition lens is omitted.
  • Each optical element arranged downstream of the afocal optical system is configured to correspond to the width of the light beam reduced by the afocal optical system.
  • the functions of the first lens array 630, the second lens array 640, and the polarization generating element 680 are the same as those of the first lens array 300 in the illumination optical systems 100 and 200 described above. Since they are the same as those of the second lens array 40 and the polarization generating element 180, the description is omitted.
  • the condenser lens 660 and the diverging lens 670 have a function as an afocal optical system, and the condenser lens 660 has a plurality of lenses divided by the first lens array 630. It has a function of superimposing a partial light beam on the illumination area 80.
  • the plurality of partial luminous fluxes emitted from the first lens array 630 are combined into a plurality of partial luminous fluxes by the function as an afocal optical system composed of a condenser lens 660 and a diverging lens 670. Is reduced in width.
  • the plurality of partial light beams emitted from the diverging lens 670 are illuminated through the second lens array 640 and the polarization generating element 680 by the superimposing function of the condensing lens 660, and the illumination area 80 Superimposed on This makes it possible to reduce the incident angle of the illumination light for illuminating the illumination area 80, similarly to the above-described illumination optical systems. Further, since the width of the entire light beam emitted from the afocal optical system is reduced, the size of the optical system disposed downstream of the afocal optical system can be reduced.
  • the polarization generating element 680 is used, as described in the illumination optical system 200, the light is converted into almost one kind of polarized light beam, and the illuminated area 800 is converted by the light beam having the same polarization direction. Can be uniformly illuminated. However, incident on polarized light generator 680 The principal rays are inclined with respect to the system optical axis 600LC so that the respective partial light beams are superimposed on the illumination area 80. It is preferable that the light beam incident on the polarization generating element 680 be parallel to the optical axis in consideration of the generation efficiency of the polarized light. Therefore, in this example, although there is an advantage that the superimposing lens can be omitted, light loss occurs in the process of generating a polarized light beam, so that light utilization efficiency may be lower than in the above-described embodiments. is there.
  • the condenser lens 660 can be optically integrated with the first lens array 630.
  • the diverging lens 670 can be optically integrated with the second lens array 640. Further, all the optical elements from the diverging lens 670 to the polarization generating element 680 may be optically integrated.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a main part of an illumination optical system according to a seventh embodiment of the present invention as viewed in plan.
  • the illumination optical system 700 includes a light source 720, a first lens array 730, a diverging lens 770, a second lens array 740, a polarization generating element 780, And a superimposing lens 75. Each component is arranged in order along the system optical axis 700LC.
  • the light source 720 is a light source lamp 722 as a radiation light source that emits a radial beam, and a predetermined position on the light source optical axis 72LC by reflecting the radiation emitted from the light source lamp 722. And a concave mirror 7 2 4 for condensing the light.
  • the concave mirror 724 it is preferable to use an elliptical mirror.
  • the illumination optical system 700 is characterized in that an afocal optical system is constituted by the concave mirror 724 of the light source 720 and the diverging lens 770.
  • the second lens array 740, the polarization generating element 780, and the superimposing lens 750 are configured to correspond to the width of the light beam reduced by the afocal optical system.
  • the first lens array 7 The functions of the third lens array 74, the polarization generating element 780, and the superimposing lens 75 0 are the same as those of the first lens array 30 in the illumination optical systems 100 and 200 described above.
  • the second lens array 40, the polarization generating element # 80, and the superimposing lens 50 are the same as those of the second lens array 40, and the description thereof is omitted.
  • the light beam emitted from the light source 720 passes through the first lens array 730 while being collected, and is divided into a plurality of partial light beams.
  • the plurality of partial light beams are converted by the diverging lens 770 into light beams whose principal rays are substantially parallel to the system optical axis 700LC.
  • the plurality of partial luminous fluxes have a reduced overall luminous flux width, enter the second lens array 740, and pass through the polarization generating element 780 and the superimposing lens 750 to the illumination area 8 Light 0.
  • the diverging lens 770 can be optically integrated with the second lens array 740. Further, all the optical elements from the diverging lens 770 to the superposing lens 750 may be optically integrated.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a main part of an illumination optical system according to an eighth embodiment of the present invention, as viewed in plan.
  • the illumination optical system 800 includes a light source 820, a diverging lens 870, a first lens array 830, a second lens array 8400, a polarization generating element 8800, And a superimposing lens 850. Each component is arranged in order along the system optical axis 800LC.
  • the light source 8220 reflects the light emitted from the light source lamp 82, and the light emitted from the light source lamp 82, as a radiation light source that emits radial rays. And a concave mirror 824 for condensing light at a predetermined position on the light source optical axis 820LC.
  • this illumination optical system 800 is similar to the illumination optical system 600 (FIG. 12) in that the concave mirror 824 of the light source 820 and the diverging lens 8700 constitute an afocal optical system.
  • the first lens array 830, the second lens array 840, the polarization generating element 880, and the superimposing lens 850 are configured to correspond to the width of the light beam reduced by the afocal optical system. Have been.
  • the functions of these optical elements are performed by the first lens array 30, the second lens array 40, the polarization generating element 180, and the superimposing lens in the illumination optical systems 100 and 200 described above. The description is omitted because it is the same as 50.
  • the condensed light beam emitted from the light source 820 is converted into a substantially parallel light beam having a reduced width by passing through the diverging lens 870. Then, the light is incident on the first lens array, and illuminates the illumination area 80 via the second lens array 840, the polarization generating element 880, and the superimposing lens 850. This makes it possible to reduce the size of the optical system arranged downstream of the diverging lens 870 and reduce the incident angle of the illumination light that illuminates the illumination area 80.
  • the diverging lens 870 can be optically integrated with the first lens array 830. Further, all the optical elements from the second lens array 840 to the superimposing lens 850 may be optically integrated. H. Ninth embodiment:
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a main part of a projection display apparatus using the illumination optical system of the present invention, as viewed in plan.
  • This projection display 900 uses an illumination optical system 200 ′ having basically the same configuration as the illumination optical system 200 as the second embodiment. The difference from the illumination optical system 200 is that a reflection mirror 90 is provided on the exit side of the superimposing lens 50 so that a light beam emitted from the superimposing lens 50 is guided to a dichroic mirror 912 described later. That is the point.
  • the projection display device 900 includes an illumination optical system 200 ', dichroic mirrors 912, 914, reflection mirrors 918, 922, 924, an incident side lens 930, a relay lens 932, and three fields. It is equipped with lenses 940, 942, 944, three liquid crystal light valves (liquid crystal panels) 950, 952, 954, a cross-dye Kroic prism 960, and a projection lens system 970.
  • the illumination optical system 200 ′ emits illumination light of linearly polarized light (s-polarized light in the above example) whose polarization directions are aligned, and the liquid crystal light valve 950 serving as the illumination area 80 is emitted. , 952, 954.
  • the polarization direction of the linearly polarized light emitted from the illumination optical system 200 ' is changed by these directions.
  • the polarizing direction is such that the polarizing plate can transmit light. In this way, the illumination light emitted from the illumination optical system 200 'can be used efficiently.
  • the two dichroic mirrors 91 2 and 91 4 function as color light separating means for separating the illumination light (white light) emitted from the illumination optical system into three color lights of red, green and blue. .
  • the first dichroic mirror 912 transmits the red light component of the white light beam emitted from the illumination optical system 200 ′, and reflects the blue light component and the green light component.
  • the red light transmitted through the first dichroic mirror 912 is reflected by the reflection mirror 918 and passes through the field lens 940 to reach the liquid crystal light valve 950 for red light.
  • the field lens 940 converts each partial light beam emitted from the superimposing lens 50 into a light beam substantially parallel to the principal ray.
  • the blue light is reflected by the second dichroic mirror 914, passes through the field lens 942, and becomes a liquid crystal light for the blue light. Reach valve 952.
  • the blue light passes through the second dichroic mirror 914, passes through the relay lens system including the entrance lens 930, the relay lens 932, and the reflection mirrors 922 and 924, and further passes through the filter.
  • the relay lens system including the entrance lens 930, the relay lens 932, and the reflection mirrors 922 and 924, and further passes through the filter.
  • the filter Through one solid lens (outgoing lens) 944, it reaches the liquid crystal light valve 954 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 the 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 9340 to the exit side lens 944 as it is.
  • the three liquid crystal light valves 950, 925, 954 serve as light modulating means for modulating the three color lights in accordance with given image information (image signals) to form an image. It has the function of A microphone aperture lens (not shown) is arranged on the incident surface side of the liquid crystal light valves 950, 952, 954 in correspondence with each pixel of the liquid crystal panel.
  • the cross dichroic prism 960 has a function as a color light combining unit that forms a color image by combining three color lights. In the cross dichroic bridge 960, 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 four right-angle prisms. I have.
  • the three colored 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 960 is emitted in the direction of the projection lens system 970.
  • the projection lens system 970 has a function as a projection optical system, and enlarges and projects the combined light generated by the cross dichroic prism 960 on a projection screen 900 to display a color image.
  • the projection display device 900 uses the illumination optical system 200 ′ to form the entrance surface of the liquid crystal light valves 950, 952, 954 as described in the second embodiment. Since the angle of incidence of the light beam incident on the microphone aperture lens located on the side can be reduced, the light beam incident on the microlens can be efficiently condensed, and the liquid crystal light valves 950, 952, 9 5 4 can be used efficiently.
  • each lens disposed after the illumination optical system 200 ' for example, the field lenses 940, 924, 944, the entrance lens 930, the relay lens 933, and the projection Since the angle of incidence of the principal ray of the light beam entering the lens system 970 can be reduced, In this case, the light use efficiency of the lens can be improved. As a result, it is possible to realize a brighter, uniform and non-uniform projection image.
  • the illumination optical system 200 ′ emits one polarized light beam, for example, a light beam having the same polarization direction as the S-polarized light beam.
  • a light beam having the same polarization direction is guided to three liquid crystal light valves 950, 952, 954. Is very small, so that the light use efficiency is improved and a bright projected image can be obtained.
  • the amount of heat generated by light absorption is extremely small, it is possible to suppress a rise in temperature of the polarizing plate or the liquid crystal panel. Also, substantially the same effect can be obtained by using the illumination optical system in the above-described other embodiment as the illumination optical system of the projection display device 900.
  • the illumination optical system described in each of the above embodiments constitutes an afocal optical system using two optical elements, a condensing lens and a diverging lens, and includes a first lens array between the light source and the first lens array.
  • An example is shown in which the lens array and the second lens array are collectively arranged, for example.
  • the present invention is not limited to this, and each component of the afocal optical system is replaced with the illumination optical system. You may make it arrange
  • 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 is a type.
  • the cross dichroic prism separates white light into red, green, and blue light. It can be used as a color light separating means that emits the modulated three colors of light again and emitted 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.
  • the projection type display device for displaying a color image is described as an example, but the present invention can be applied to a projection type display device for displaying a monochrome image. Also in this case, the same effects as those of the projection display device can be obtained.
  • 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.

Description

明細書 照明光学系および投写型表示装置 技術分野
本発明は、 光源の射出光束を複数の部分光束に分割した後に同一の照明領域上 で重畳させる照明光学系に関するものである。 また、 本発明は、 この照明光学系 を用いて均一で明るい投写画像を形成可能な投写型表示装置に関するものである。 背景技術
投写型表示装置では、 「ライ卜バルブ」と呼ばれる光変調装置を用いて、光変調 装置に照射された照明光を表示したい画像情報に応じて変調し、 この変調光束を スクリーン上に投写して画像表示を実現している。 この光変調装置としては、 通 常、 液晶パネルが用いられている。 ところで、 投写型表示装置によって表示され る画像は均一で明るいことが好ましく、 これに組み込まれた照明装置 （照明光学 系） から射出された照明光の光利用効率が高いことが要求される。 照明光の光の 利用効率を高める手段として、 液晶パネルの〗画素毎に対応するように複数のマ イク口レンズを液晶パネルの光の入射面上に配置する方法が考えられている。 図 1 5は、 液晶パネルの光の入射面側にマイクロレンズを配置した場合に、 液 晶パネルに入射する光束を示す説明図である。 なお、 図 1 5は、 液晶パネル 1 0 0 0および複数のマイクロレンズ 1 1 1 0で構成されたマイクロレンズアレイ 1 1 0 0の断面の概略を示している。液晶パネル 1 0 0 0は、液晶層 1 0 1 0が「ブ ラックマトリクス」 と呼ばれる遮光層 1 0 2 0に格子状に囲まれて構成されてい る。 そして、 マイクロレンズアレイ 1 1 0 0は、 液晶パネル 1 0 0 0の 1画素の 液晶層 1 0 1 0の中心と一つのマイクロレンズ 1 1 1 0の光軸とがほぼ一致する ように、 液晶パネルの入射面側に配置されている。 図 1 5 (A) に示すように、 マイクロレンズ 1 1 1 0の光軸にほぼ平行に入射した光束は、 マイクロレンズ 1 1 1 0によって集光されて液晶層 1 0 1 0を通過する。 この結果、 マイクロレン ズ 1 1 1 0がなければ、 遮光層 1 0 2 0によって遮られてしまう光束も利用可能 となる。 従って、 マイクロレンズを用いることによって、 光の利用効率を高める ことができる。
一方、 図 1 5 ( B ) に示すように、 マイクロレンズ 1 1 1 0の光軸に斜めに入 射した光束もマイクロレンズ 1 1 1 0によって集光されるが、 液晶層 1 0 1 0を 通過できないで遮光層 1 0 2 0で遮られてしまう光束が発生することになる。 こ の結果、 マイクロレンズを用いることによって、 却って光の利用効率を悪くする ことになつてしまう。 この現象は、 光軸に対する光束の角度 （入射角） が大きい ほど顕著である。
上記のような問題は液晶パネルへの光の入射角を小さくすれば軽減され、 光の 利用効率は向上する。 また、 マイクロレンズを用いない場合でも、 液晶パネル以 外の他の光学要素 （例えば、 液晶パネルから射出された変調光束をスクリーン上 に投写するための投写レンズ） への入射角も小さくなるので、 その光学要素にお ける光の利用効率が向上し、 投写型表示装置全体の光の利用効率を向上させるこ とができる。
照明領域への入射角を小さくするには、 光源から照明領域までの光路長 （特に 照明領域の直前にある光学要素から光源までの光路長） を増大させればよい。 し かし、 これは照明光学系のサイズを増大させるので好ましくない。
インテグレー夕光学系では光源の光束を複数の部分光束に分割して、 その後、 複数の部分光束で照明領域を重畳して照明するようにしている。 従って、 インテ グレー夕光学系を含む照明光学系においては、 光路長をあまり増大させずに照明 領域への入射角を小さくするのは困難である。
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、 インテグレータ光学系を含む照明光学系において、 光源から照明領域までの 光路長をあまリ増大させることなく照明領域への入射角を小さくする技術を提供 することを目的とする。 発明の開示
上述の課題を解決するため、 本発明の照明光学系は、
所定の光学装置の光入射面を照明領域とし照明するために、 光源から射出され た光束を複数の部分光束に分割するとともに、 該複数の部分光束を前記照明領域 上でほぼ重畳させる照明光学系であって、
入射光束を該入射光束の光束の幅よりも小さな光束の幅を有する射出光束に変 換するァフオーカル光学系の機能を有する光束縮小手段を備え、
前記光束縮小手段は、 前記ァフォーカル光学系を実現するための集光機能と光 を平行化する機能とを備えることを要旨とする。
上記照明光学系から射出される光束の光束の幅は、 ァフォーカル光学系の機能 を有する光束縮小手段によって縮小されている。 したがって、 光源から照明領域 までの光路長をあまり増大させることなく照明領域を照射する光束の入射角を小 さくすることができる。 一般に、 光学要素に入射する光束の入射角が小さい方が その光学要素における光の利用効率がよい。 従って、 本発明の照明光学系を用い れば、 光の利用効率を向上させることができる。
本発明の照明光学系において、
略平行な光束を射出する光源と、
前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、 前記複数 の部分光束を前記照明領域上でほぼ重畳させる分割重畳手段と、
を備え、
前記光束縮小手段は前記分割重畳手段に含まれているようにすることができる。 上記構成においても、 光源から射出されたほぼ平行な光束が分割重畳手段によ つて、 その光束の幅が全体として縮小された複数の部分光束に変換されるととも に照明領域上で重畳されるので、 各部分光束の照明領域への入射角を小さくする ことができる。 これにより、 照明光学系から射出される光の利用効率を向上させ ることができる。
また、 上記照明光学系において、 前記分割重畳手段は、
前記略平行な光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する 第 1のレンズアレイの機能と、 前記集光機能とを有する第 1の光束分割手段と、 第 1のレンズァレイに対応して複数の小レンズを有する第 2のレンズァレイの 機能と、 前記光を平行化する機能とを有する第 2の光束分割手段と、
前記第 2の光束分割手段から射出された前記複数の部分光束を前記照明領域上 で重畳させる重畳手段と、
を備えるようにすることができる。
上記照明光学系において、 分割重畳手段を上記のように構成すれば、 第 2の光 束分割手段から射出された複数の部分光束の全体としての光束の幅を、 光束縮小 手段によって縮小することができる。 これにより、 照明領域上で重畳される各部 分光束の照明領域への入射角を小さくすることができるので、 照明光学系から射 出される光の利用効率を向上させることができる。 また、 第 2の光束分割手段か ら重畳手段までの各構成要素を小型にすることができる。
なお、 前記第 1の光束分割手段は、 独立した光学要素としてそれぞれ形成され た前記第 1のレンズアレイと前記集光機能を有する第 1の光学要素とを備えるよ うにしてもよい。 また、 前記第 1のレンズアレイの機能と前記集光機能とが光学 的に一体に構成された光学要素であってもよい。ここで、「光学的に一体に構成す る」 とは、 各光学要素が互いに密着していることや、 複数の機能を併せ持つ一つ の光学要素であることを意味する。 各光学要素を接着剤で貼り合わせたり、 ある いは、一体成形することによって、光学的に一体に構成することができる。 また、 前記第 1の光束分割手段は、 第 1のレンズアレイの機能と前記集光機能とを併せ 持つ複数の偏心レンズで構成された偏心レンズァレイとして形成することもでき る。 さらに、 前記第 2の光束分割手段は、 独立した光学要素としてそれぞれ形成さ れた前記第 2のレンズァレイと前記光を平行化する機能を有する第 2の光学要素 とを備えるようにしてもよい。 また、 前記第 2のレンズアレイの機能と前記光を 平行ィ匕する機能とが光学的に一体に構成された光学要素であってもよい。 また、 前記第 2の光束分割手段は、 複数の偏心レンズを有する偏心レンズアレイとする こともできる。
上記のように、 第 1の光束分割手段、 第 2の光束分割手段は、 各機能を別々の 光学要素で構成したリ光学的に一体に構成することも可能であるが、 光学的に一 体に構成することにより、 各光学要素の界面で発生する光の損失を防止して、 光 の利用効率を向上させることができる。 また、 照明光学系の構成要素を削減する ことができる。
上記照明光学系において、 前記分割重畳手段は、
第 1の光束分割手段と第 2の光束分割手段とを備え、
前記第 1の光束分割手段は、
前記略平行な光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する 第 1のレンズアレイの機能と、 前記集光機能と、 該第 1の光束分割手段から射出 される複数の部分光束を前記第 2の光束分割手段を介して前記照明領域上で重畳 させる機能と、 を有し、
前記第 2の光束分割手段は、
前記第 1のレンズアレイに対応して複数の小レンズを有する第 2のレンズァレ ィの機能と、 前記光を平行化する機能と、 を有するようにすることもできる。 分割重畳手段を上記のように構成しても、 第 1の光束分割手段から射出された 光束の幅を光束縮小手段によって縮小することができる。 これにより、 照明領域 上で重畳される各部分光束の照明領域への入射角を小さくすることができるので、 照明光学系から射出される光の利用効率を向上させることができる。 また、 重畳 手段としての機能を第 1の光束分割手段に有しているので、 重畳手段を独立して W
6 備える必要がなく、 照明光学系の構成要素を削減することができる。
なお、 前記第 1の光束分割手段は、 独立した光学要素としてそれぞれ形成され た前記第 1のレンズアレイと、 前記集光機能を有する第 1の光学要素と、 該第 1 の光束分割手段から射出される複数の部分光束を前記第 2の光束分割手段を介し て前記照明領域上で重畳させる重畳レンズとを備えるようにしてもよい。 また、 前記第 1のレンズアレイの機能と、 前記集光機能と、 該第 1の光束分割手段から 射出される複数の部分光束を前記第 2の光束分割手段を介して前記照明領域上で 重畳させる機能とが光学的に一体に構成された光学要素であってもよい。 前記第 1の光束分割手段は、 複数の偏心レンズを有する偏心レンズアレイとすることも できる。
さらに、 前記第 2の光束分割手段は、 独立した光学要素としてそれぞれ形成さ れた前記第 2のレンズァレイと前記光を平行化する機能を有する第 2の光学要素 とを備えるようにしてもよい。 また、 前記第 2のレンズアレイの機能と、 前記光 を平行化する機能とが光学的に一体に構成された光学要素であってもよい。 前記 第 2の光束分割手段は、 複数の偏心レンズを有する偏心レンズアレイとすること もできる。
上記のように、 第 1の光束分割手段、 第 2の光束分割手段は、 各機能を別々の 光学要素で構成したリ光学的に一体に構成することも可能であるが、 光学的に一 体に構成することにより、 各光学要素の界面で発生する光の損失を防止して、 光 の利用効率を向上させることができる。 また、 照明光学系の構成要素を削減する ことができる。
また、 上記照明光学系において、 前記分割重畳手段は、
前記光源から射出された略平行な光束を複数の部分光束に分割する第 1および 第 2の光束分割手段と、
前記複数の部分光束を前記照明領域上でほぼ重畳させる重畳手段と、 を備え、 前記光束縮小手段は、 前記光源から前記第 1の光束分割手段の射出面までの光 路上に設けられているようにすることもできる。
なお、 前記集光機能を有する第 1の光学要素が、 前記光源と前記第 1の光束分 割手段との中間の位置に設けられており、
前記光を平行化する機能は、 前記第 1の光束分割手段に含まれているようにす ればよい。
分割重畳手段を上記のように構成しても、 光源から射出された光束の幅を光束 縮小手段によって縮小し、 第 1の光束分割手段から射出された複数の部分光束の 全体としての光束の幅を縮小することができる。 これにより、 照明領域上で重畳 される各部分光束の照明領域への入射角を小さくすることができるので、 照明光 学系から射出される光の利用効率を向上させることができる。 また、 第 1の光束 分割手段から重畳手段までの各構成要素を小型にすることができる。
ここで、 前記第 1の光束分割手段は、 前記光を平行化する機能を含む一つの光 学要素であってもよい。 前記第 1の光束分割手段は、 複数の偏心レンズを有する 偏心レンズアレイとすることもできる。 このようにすれば、 各光学要素の界面で 発生する光の損失を防止して、 光の利用効率を向上させることができる。 また、 照明光学系の構成要素を削減することができる。
また、 上記照明光学系において、 前記分割重畳手段は、
前記光源から射出された略平行な光束を複数の部分光束に分割する第 1および 第 2の光束分割手段と、
前記複数の部分光束を前記照明領域上でほぼ重畳させる重畳手段と、 を備え、
前記光束縮小手段は、 前記第 2の光束分割手段の入射面から前記重畳手段の射 出面までの光路上に設けられているようにすることもできる。
なお、 前記集光機能は、 前記第 2の光束分割手段に含まれており、
前記光を平行化する機能は、 前記重畳手段に含まれているようにすればよい。 分割重畳手段を上記のように構成しても、 第 1の光束分割手段から射出された 複数の部分光束を第 2の光束分割手段の入射面から重畳手段の射出面までの光路 上に備えられた光束縮小手段によって、 重畳手段から射出された複数の部分光束 の全体としての光束の幅を縮小することができる。 これにより、 照明領域上で重 畳される各部分光束の照明領域への入射角を小さくすることができるので、 照明 光学系から射出される光の利用効率を向上させることができる。
ここで、 前記第 1の光束分割手段は、 前記集光機能を含む一つの光学要素であ つてもよい。 また、 前記重畳手段は、 前記光を平行化する機能を含む一つの光学 要素であってもよい。 これらのようにすれば、 各光学要素の界面で発生する光の 損失を防止して、 光の利用効率を向上させることができる。 また、 照明光学系の 構成要素を削減することができる。
また、 上記照明光学系において、 前記分割重畳手段は、
前記光源から射出された略平行な光束を複数の部分光束に分割する第 1および 第 2の光束分割手段と、
前記複数の部分光束を前記照明領域上でほぼ重畳させる重畳手段と、 を備え、
前記光束縮小手段は、 前記重畳手段の入射面から前記照明領域までの光路上に 設けられているようにすることもできる。
なお、 前記集光機能は、 前記重畳手段に含まれており、
前記光を平行化する機能を有する第 2の光学要素は、 前記重畳手段と前記照明 領域との中間位置に設けられているようにすればよ t
分割重畳手段を上記のように構成しても、 重畳手段から射出された複数の部分 光束を、 重畳手段の入射面から照明領域までの光路上に備えられた光束縮小手段 によって、 重畳手段から射出された複数の部分光束の全体としての光束の幅を縮 小することができる。 これにより、 照明領域上で重畳される各部分光束の照明領 域への入射角を小さくすることができるので、 照明光学系から射出される光の利 用効率を向上させることができる。
ここで、前記重畳手段は、前記集光機能を含む一つの光学要素であってもよい。 このようにすれば、 各光学要素の界面で発生する光の損失を防止して、 光の利用 効率を向上させることができる。 また、 照明光学系の構成要素を削減することが できる。
本発明の照明光学系において、
前記集光機能を有する第 1の光学要素としてのリフレクタを有し、 収束する光 束を射出する光源と、
前記収束光束を複数の部分光束に分割するとともに、 前記複数の部分光束を前 記照明領域上でほぼ重畳させる分割重畳手段と、
を備え、
前記光を平行化する機能は前記分割重畳手段に含まれているようにすることも できる。
上記構成においても、 光源から射出された収束光束が分割重畳手段によって、 その光束の幅が全体として縮小された複数の部分光束に変換されるとともに照明 領域上で重畳される。 これにより、 各部分光束の照明領域への入射角を小さくす ることができるので、 照明光学系から射出される光の利用効率を向上させること ができる。
上記照明光学系において、 前記分割重畳手段は、
前記収束光束を複数の部分光束に分割する第 1および第 2の光束分割手段と、 前記複数の部分光束を前記照明領域上でほぼ重畳させる重畳手段と、 を備え、
前記光を平行化する機能は、 前記第 1の光束分割手段に含まれているようにす ることもできる。
分割重畳手段を上記のように構成すれば、 第 1の光束分割手段から射出された 複数の部分光束の全体としての光束の幅を、 光源のリフレクタおよび光を平行化 する機能による光束縮小手段によって縮小することができる。 これにより、 照明 領域上で重畳される各部分光束の照明領域への入射角を小さくすることができる ので、照明光学系から射出される光の利用効率を向上させることができる。また、 第 1の光束分割手段から重畳手段までの各構成要素を小型にすることができる。 なお、 前記第 1の光束分割手段は、 前記光を平行化する機能を含む一つの光学 要素であってもよい。 前記第 1の光束分割手段は、 複数の偏心レンズを有する偏 心レンズアレイとすることもできる。 このようにすれば、 各光学要素の界面で発 生する光の損失を防止して、 光の利用効率を向上させることができる。 また、 照 明光学系の構成要素を削減することができる。
また、 上記照明光学系において、 前記分割重畳手段は、
前記収束光束を複数の部分光束に分割する第 1および第 2の光束分割手段と、 前記複数の部分光束を前記照明領域上でほぼ重畳させる重畳手段と、 を備え、
前記光を平行化する機能は、 前記第 2の光束分割手段に含まれているようにす ることもできる。
分割重畳手段を上記のように構成しても、 第 2の光束分割手段から射出された 複数の部分光束の全体としての光束の幅を、 光源のリフレクタおよび光を平行ィ匕 する機能による光束縮小手段によって縮小することができる。 これにより、 照明 領域上で重畳される各部分光束の照明領域への入射角を小さくすることができる ので、照明光学系から射出される光の利用効率を向上させることができる。また、 第 2の光束分割手段から重畳手段までの各構成要素を小型にすることができる。 なお、 前記第 2の光束分割手段は、 前記光を平行化する機能を含む一つの光学 要素であってもよい。 前記第 2の光束分割手段は、 複数の偏心レンズを有する偏 心レンズアレイとすることもできる。 このようにすれば、 各光学要素の界面で発 生する光の損失を防止して、 光の利用効率を向上させることができる。 また、 照 明光学系の構成要素を削減することができる。 また、 上記各照明光学系において、 さらに、
前記照明光学系のいずれかの位置に、 ランダムな偏光方向を有する光束を偏光 方向の揃った 1種類の偏光光束に変換して射出する偏光発生手段を備え、 前記偏光発生手段は、 入射光束を互いに偏光方向が異なる 2種類の偏光光束に 分離する偏光分離手段と、
前記偏光分離手段によって得られた一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光 束の偏光方向と同じとなるように偏光変換する偏光変換手段とを備え、
前記偏光発生手段によって得られた前記偏光方向の揃った 1種類の偏光光束に よって前記照明領域を照明するようにすることができる。
上記の構成によれば、 偏光方向が揃ったほぼ 1種類の偏光光束のみを照明光と して使用することができるため、 後述するように、 この照明装置を投写型表示装 置等に組み込む場合に光の利用効率を向上させることが可能である。
本発明の上記各照明光学系は、 投写型表示装置の照明光学系として利用するこ とができる。 投写型表示装置としては、
本発明の上記各照明光学系と、
前記照明光学系からの射出光を画像情報に応じて変調する光変調手段と、 前記光変調手段で得られる変調光束を投写面上に投写する投写光学系とを備え るようにすることができる。
前に述べたように、 本発明の照明光学系は、 照明領域である光変調手段を照明 する光束の入射角を小さくすることができるので、 照明光学系から射出される光 の利用効率を向上させることができる。 従って、 本発明の照明光学系が組み込ま れた投写型表示装置等では、 投写画像の明るさを向上させることができる。 なお、 本発明の照明光学系はインテグレー夕光学系を有しているので、 光源か ら射出された光束が光束の断面内でその光強度分布に大きな偏リを有していた場 合でも、 明るさが均一で明るさや色むらの無い照明光を得ることが可能となるた め、 投写面全体に渡って明るさが均一で明るさや色むらの無い投写画像を得るこ とができる。
さらに、 本発明の照明光学系において、 前述したような偏光分離手段と偏光変 換手段とを有する偏光発生手段を備えるようにした場合には、 次のような効果を 得ることができる。
光変調手段として利用される液晶パネルにおいては、 偏光板等の偏光選択手段 によって表示に不要な偏光方向の異なる偏光光束を吸収した光束を利用するため、 光の利用効率が極めて低下する。 また、 偏光選択手段として偏光板を用いる場合 には光の吸収によって偏光板の温度が著しく上昇するため、 偏光板を冷却するた めの大がかりな冷却装置が必要である。 しかしながら、 偏光発生手段を備えてい れば、 光源から射出された偏光方向がランダムな光束を、 全体としてほぼ 1種類 の偏光方向を有する偏光光束に変換することができ、 偏光方向が揃ったほぼ 1種 類の偏光光束のみを光変調手段で利用可能な照明光として使用することができる。 従って、 光源から射出された光束の大部分を利用することが可能となり、 極めて 明るい投写画像を得ることが可能となる。 また、 表示に不要な偏光方向の異なる 偏光光束が照明光にはほとんど含まれていないため、 偏光板における光吸収は少 なく、 偏光板の温度上昇を抑制することができ、 冷却装置の簡易化を図ることが できる。
なお、 上記投写型表示装置は、 さらに、
照明光学系からの射出光を少なくとも 2色の色光束に分離する色光分離手段と、 前記色光分離手段によリ分離された各色光束をそれぞれ変調する複数の前記光 変調手段と、 それぞれの前記光変調手段で変調された後の各色の変調光束を合成 する色光合成手段とを備え、
前記色光合成手段によつて得られた合成光束が前記投写光学系を介して投写す るようにすることもできる。
上記のように投写型表示装置を構成すれば、 極めて明るく均一でむらの無い力 ラー画像を投写表示することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1実施例としての照明光学系の要部を平面的に見た概略構 成図である。
図 2は、 第 1のレンズァレイ 3 0の外観を示す斜視図である。
図 3は、 第 1のレンズアレイ 3 0および集光レンズ 6 0の他の構成と、 第 2の レンズアレイ 4 0および発散レンズ 7 0の他の構成とを示す説明図である。 図 4は、 第 1実施例としての照明光学系の変形例を示す概略構成図である。 図 5は、 ァフォーカル光学系の他の構成を示す説明図である。
図 6は、 照明光学系 1 0 0を偏光照明光学系とした場合の要部を平面的に見た 概略構成図である。
図 7は、 偏光発生素子 1 8 0の構成を示す説明図である。
図 8は、 本発明の第 3実施例としての照明光学系の要部を平面的に見た概略構 成図である。
図 9は、 本発明の第 4実施例としての照明光学系の要部を平面的に見た概略構 成図である。
図 1 0は、 本発明の第 5実施例としての照明光学系の要部を平面的に見た概略 構成図である。
図 1 1は、 本発明の第 6実施例としての照明光学系の要部を平面的に見た概略 構成図である。
図 1 2は、 本発明の第 7実施例としての照明光学系の要部を平面的に見た概略 構成図である。
図 1 3は、 本発明の第 8実施例としての照明光学系の要部を平面的に見た概略 構成図である。
図 1 4は、 本発明の照明光学系を用いた投写型表示装置の要部を平面的に見た 概略構成図である。 図 1 5は、 液晶パネルの光の入射面側にマイクロレンズを配置した場合に、 液 晶パネルに入射する光束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、 図面を参照して本発明の各実施例を説明する。 尚、 以下の各実施例にお いては、特に断りのない限り、互いに直交する 3つの方向を便宜的に X軸方向（横 方向）、 y軸方向 （縦方向）、 z軸方向 （光軸と平行な方向） とする。
A . 第 1実施例：
図 1は、 本発明の第 1実施例としての照明光学系の要部を平面的に見た概略構 成図である。 この照明光学系 1 0 0は、 ほぼ平行な光束を射出する光源 2 0と、 第 1のレンズアレイ 3 0と、 集光レンズ 6 0と、 発散レンズ 7 0と、 第 2のレン ズアレイ 4 0と、 重畳レンズ 5 0と、 を備えている。 各構成要素は、 システム光 軸 1 0 0 L Cに沿って順に配置されている。 照明光学系 1 0 0は、 照明領域 8 0 を均一に照明するためのィンテグレータ光学系である。
光源 2 0は、 放射状の光線を射出する放射光源としての光源ランプ 2 2と、 光 源ランプ 2 2から射出された放射光をほぼ平行な光線束として射出する凹面鏡 2 4とを有している。 凹面鏡 2 4としては、 放物面鏡を用いることが好ましい。 インテグレータ光学系の機能は、 これらの各構成要素のうち、 第 1のレンズァ レイ 3 0と、 第 2のレンズアレイ 4 0と、 重畳レンズ 5 0とによって実現されて いる。 第 1と第 2のレンズアレイ 3 0， 4 0は、 本発明における光束分割手段と しての機能を有している。 そのうち、 第 1のレンズアレイ 3 0は、 光源 2 0から の射出光を複数の部分光束に分割するとともに、 各部分光束をそれぞれ第 2のレ ンズアレイ 4 0の近傍で集光させる機能を有している。 また、 第 2のレンズァレ ィ 4 0は、 第 1のレンズアレイ 3 0の各小レンズ 3 1から射出された光を照明領 域 8 0に照射する機能を有している。 重畳レンズ 5 0は、 システム光軸に平行な 中心軸を有する複数の部分光束を照明領域 8 0上で重畳させる機能を有する。 図 2は、 第 1のレンズアレイ 3 0の外観を示す斜視図である。 第 1のレンズァ レイ 3 0は、 略矩形形状の輪郭を有する小レンズ 3 1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、 図 2は、 M = 6 , N == 4の例を示してい る。 第 2のレンズアレイ 4 0 (図 1 ) は、 第 1のレンズアレイ 3 0の小レンズ 3 1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。 但し、 第 2のレンズアレイ 4 0は、 後述するように第 1のレンズァレ ィ 3 0に比べて小さい。
第 1のレンズアレイ 3 0の各小レンズ 3 1は、 光源 2 0 (図 1 ) から射出され 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 4 0の近傍で集光させる。 各小レンズ 3 1を z方向から見た外形形 状は、 通常、 照明領域 8 0における実際に光を照射する領域の形状とほぼ相似形 をなすように設定されている。 例えば、 照明領域として液晶パネルを想定し、 画 像の表示領域のアスペクト比 （横と縦の寸法の比率） が 4 ： 3であるならば、 小 レンズ 3 0のァスぺク卜比も 4 ： 3に設定する。
第 1のレンズアレイ 3 0と第 2のレンズアレイ 4 0との間に配置されている集 光レンズ 6 0と発散レンズ 7 0とは、 入射光束の光束の幅よりも小さな光束の幅 を有する射出光束に変換するァフォーカル光学系を構成している。 これらのレン ズ 6 0， 7 0は、 本発明における光束縮小手段に相当する。 集光レンズ 6 0と発 散レンズ 7 0はァフォーカル光学系を構成しているので、 発散レンズ 7 0からの 射出光束の角度は集光レンズ 6 0の入射光束の角度と同じであり、 光束の幅のみ が縮小されている。 発散レンズ 7 0から射出した部分光束 S Lは、 第 2のレンズ アレイ 4 0を通過し、 重畳レンズ 5 0によって照明領域 8 0を照明する。 なお、 第 2のレンズアレイ 4 0の最も外側の小レンズ 4 1を通過する部分光束 S Lが照 明領域 8 0を照射するときの中心光路の入射角を 0 1とする。
図 1の破線は、 一方、 ァフォーカル光学系を有しない場合に使用される第 2の レンズアレイ 4 0 ' と、 重畳レンズ 5 0 ' と、 これらを通過する部分光束 S L ' の光路とを示している。 この第 2のレンズアレイ 4 0 ' は、 第 Ίのレンズアレイ 3 0と同じ大きさである。 なお、 第 2のレンズアレイ 4 0 ' と重畳レンズ 5 0 ' とは、 図を見やすくするために、 z軸方向に少しずらして図示してあるが、 実際 には、 第 2のレンズアレイ 4 0および重畳レンズ 5 0と同じ z方向位置に配置さ れているものとする。 この時、 第 1のレンズアレイ 3 0の一番外側の小レンズ 3 1から射出した部分光束 S L ' が照明領域 8 0に照射されるときの中心光路の入 射角を 0 2とする。
従来例で説明したように、 照明領域 8 0の照射面側にマイクロレンズのような 光学要素を配置するような場合においては、 マイクロレンズへの入射角ができる 限り小さい方が光の利用効率を向上させることができる。一般に、照明光学系（ィ ンテグレータ光学系） において照明領域への光束の入射角を小さくするには、 照 明光学系から照明領域までの距離を大きくすることにより実現可能である。 しか し、 この方法によれば、 装置の大型化を招くことになる。 また、 照明光学系の光 路が長くなることによる光の損失を招くことになる。 本実施例では、 集光レンズ 6 0および発散レンズ 7 0によって構成されたァフォーカル光学系によって光束 全体の光束の幅を縮小しているので、 第 2のレンズアレイ 4 0から照明頷域 8 0 までの距離が第 2のレンズアレイ 4 0 ' から照明領域 8 0までの距離に等しい場 合でも、 入射角 0 1は入射角 0 2よりも小さくなる。 従って、 照明領域 8 0を光 入射面とする光学要素を用いるような場合においては、 従来の照明光学系に比べ て装置の大型化を招くことなく、 照明領域を有効に照射する光の効率を向上させ ることができる。 また、 ァフォーカル光学系から射出された光束全体の光束の幅 が縮小されているので、 ァフォーカル光学系よりも後段に配置された光学要素を 小型ィ匕することができるという利点もある。
図 3は、 第 1実施例における第 1のレンズアレイ 3 0および集光レンズ 6 0の 他の構成と、 第 2のレンズアレイ 4 0および発散レンズ 7 0の他の構成を示す説 明図である。 第 1のレンズアレイ 30および集光レンズ 60は、 図 1では、 別々 に配置されているが、これらを光学的に一体化するようにしてもよい。すなわち、 図 3 (A— 1 ) に示すように独立の光学要素としてそれぞれ形成された第 1のレ ンズアレイ 30と集光レンズ 60とを接着剤で貼り合わせることによって光学的 に一体化してもよく、 また、 これらの機能を併せて有する 1つの光学要素を一体 成形するようにしてもよい。 例えば、 第 1のレンズアレイ 30と集光レンズ 60 とを一体成形する場合には、 図 3 (A-2) に示すように、 第 1のレンズアレイ 30および集光レンズ 60の機能を併せ持つ偏心レンズアレイ 30 aとして形成 することが可能である。 図 3 (A— 1 )， (A- 2) のように、 第 1のレンズァレ ィ 30と集光レンズ 60とを光学的に一体化すれば、 各光学要素の界面において 発生する光損失を低減し、 光利用効率を一層高めることが可能である。 なお、 第 1のレンズアレイ 30と集光レンズ 60との配置の前後関係およびレンズの向き
(凸面が光源側を向いているか照明領域側を向いているか） は、 図 1および図 3 (A— 1 )， (A-2) に示したものとは逆にすることも可能である。
また、 第 2のレンズアレイ 40および発散レンズ 70も、 図 1では、 別々に配 置しているが、 同様に、 これらを光学的に一体化するようにしてもよい。 すなわ ち、 図 3 (B- 1 ) に示すように独立の光学要素としてそれぞれ形成された第 2 のレンズァレイ 40と発散レンズ 70とを接着剤で貼り合わせることによって光 学的に一体化してもよく、また、これらの機能を併せて有する 1つの光学要素を、 一体成形するようにしてもよい。 例えば、 第 2のレンズアレイ 40と発散レンズ 70とを一体成形する場合には、 図 3 (B-2) に示すように、 第 2のレンズァ レイ 40および発散レンズ 70の機能を併せ持つ偏心レンズアレイ 40 aとして 形成することが可能である。 図 3 (B- 1 ), (B-2) のように、 第 2のレンズ アレイ 40と発散レンズ 70とを光学的に一体化すれば、 各光学要素の界面にお いて発生する光損失を低減し、光利用効率を一層高めることが可能である。なお、 第 2のレンズアレイ 40と発散レンズ 70との配置の前後関係およびレンズの向 き （凸面、 凹面が光源側を向いているか照明領域側を向いているか） も、 図 1お よび図 3 ( B— 1 ) , ( B - 2 ) に示したものとは逆にすることも可能である。 図 4は、 第 1実施例としての照明光学系の変形例を示す概略構成図である。 こ の照明光学系 1 0 0 Aは、 照明光学系 1 0 0 (図 1 ) の集光レンズ 6 0と第 1の レンズアレイ 3 0の順序を入れ換えるとともに、 それぞれのレンズの凸面の向き を反対向きにして配置している。 また、 第 2のレンズアレイ 4 0と発散レンズ 7 0を偏心レンズアレイ 4 0 aに置き換えるとともに、 レンズの凸面を光の入射面 側に向けて配置している。 なお、 第 1のレンズアレイ 3 0と集光レンズ 6 0とは 図 3 (A - 1 ) と同様に接着剤で貼り合わせるようにしてもよいし、 一体成形し てもよい。
この照明光学系 1 0 0 Aは照明光学系〗 0 0と同様に、 光源から照明領域まで の光路長をあまリ増大させることなく照明領域への入射角を小さくすることがで きるので、照明領域を有効に照射する光の効率を向上させることができる。特に、 照明光学系 1 0 O Aは、 光源 2 0から射出された光を集光レンズ 6 0によって偏 心レンズアレイ 4 0 aに入射するような集光光 （図の破線） とし、 この集光レン ズ 6 0から射出された集光光を第 1のレンズアレイ 3 0で複数の部分光束に分割 するようにしている。 これにより、 第 1実施例の第 1のレンズアレイ 3 0から第 2のレンズアレイ 4 0までの距離に比べて第 1のレンズアレイ 3 0から偏心レン ズアレイ 4 0 aまでの距離を短くすることが可能である。 また、 光源 2 0から射 出して偏心レンズァレイ 4 0 aに入射する光の効率を、 照明光学系 1 0 0の光源 2 0から射出して第 2のレンズアレイ 4 0に入射する光の効率に比べて向上させ ることができる。
図 1に示した第 1実施例では、 集光レンズ 6 0と発散レンズ 7 0とを用いてァ フォーカル光学系を構成しているが、 他の種類の光学要素を用いてァフォーカゾレ 光学系を構成することも可能である。 図 5は、 ァフォーカル光学系の他の構成を 示す説明図である。 図 5は、 比較的焦点距離の長い凸レンズ 6 0 ' と比較的焦点 距離の短い凸レンズ 7 0 ' とによってァフォーカル光学系を構成している。
なお、 上述したように、 近接して配置されているレンズ同士の前後関係を逆に したり、 光学的に一体化したりする変形例は、 後述する他の実施例においても同 様に適用可能である。 また、 図 5に示すようなァフォーカル光学系も他の実施例 に使用することができる。
B . 第 2実施例：
図 1に示した本発明の第 1の照明光学系は、 1種類の偏光光束を利用する偏光 照明光学系とすることも可能である。 図 6は、 照明光学系 1 0 0を偏光照明光学 系とした場合の要部を平面的に見た概略構成図である。 本例の照明光学系 2 0 0 は、 図 1に示した照明光学系 1 0 0とほぼ同じ構成である。 異なるのは、 第 2の レンズアレイ 4 0と重畳レンズ 5 0との間に偏光発生素子 1 8 0を備えている点 である。 以下、 説明を容易にするため、 図に示す光束は、 特に断りのない限りそ の中心光路のみを示すこととする。
第 2実施例の照明光学系 2 0 0においても、 光源 2 0から射出された光束は、 第 1のレンズアレイ 3 0で複数の部分光束に分割された後、 集光レンズ 6 0およ び発散レンズ 7 0によって、 光束全体の光束の幅が縮小されて第 2のレンズァレ ィ 4 0から射出される。 そして、 第 2のレンズアレイ 4 0から射出された複数の 部分光束は、 後述するように偏光発生素子 1 8 0によってランダムな偏光光束が 偏光方向の揃ったほぼ 1種類の偏光光束に変換される。 偏光方向のほぼ揃った複 数の部分光束は、重畳レンズ 5 0によって照明領域 8 0上で重畳される。従って、 前述した照明光学系 1 0 0と同様に、 照明領域 8 0を照明する照明光の入射角を 小さくすることができる。 ここで、 光源 2 0と、 第 1のレンズアレイ 3 0と、 集 光レンズ 6 0と、 発散レンズ 7 0と、 第 2のレンズアレイ 4 0とは、 それらの光 軸 2 0 L Cがシステム光軸 2 0 0 L Cに対して一定の距離 D pだけ x軸方向に平 行移動した状態となるように配置されている。 なお、 距離 D pについては後述す る。
図 7は、 偏光発生素子 1 8 0の構成を示す説明図である。 図 7 ( A ) は、 偏光 発生素子 1 8 0の斜視図である。 この偏光発生素子 1 8 0は、 遮光板 1 2 0と、 偏光ビームスプリッタアレイ 1 4 0と、 選択位相差板 1 6 0とを備えている。 偏 光ビームスプリッタアレイ 1 4 0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 0は、 偏光分離膜 1 4 4と反射膜 1 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って作製される。 偏光分離膜 1 4 4は誘電体多層膜で、 また、 反射膜 1 4 5は誘電体多層膜或いはアルミニウム 膜で形成することができる。
遮光板 1 2 0は、 この図に示すように、 複数の遮光面 1 2 2と複数の開口面 1 2 3とがストライプ状に配列して構成されたものである。 遮光板 1 2 0の遮光面 1 2 2に入射した光束は遮られ、 開口面 1 2 3に入射した光束は遮光板 1 2 0を そのまま通過する。 従って、 遮光板 1 2 0は、 遮光板〗 2 0上の位置に応じて透 過する光束を制御する機能を有しており、 遮光面 1 2 2と開口面 1 2 3の配列の 仕方は、 第 2のレンズアレイ 4 0から射出された部分光束が偏光ビー厶スプリツ タアレイ 1 4 0の偏光分離膜 1 4 4にのみ入射し、 反射膜 1 4 5には入射しない ように設定されている。 すなわち、 遮光板 1 2 0のそれぞれの開口面 1 2 3の中 心と偏光ビームスプリッタアレイ 1 4 0の偏光分離膜 1 4 4の中心がほぼ一致す るように配置され、 また、 開口面 1 2 3の開口横幅 （X方向の開口幅） は偏光分 離膜 1 4 4の X方向の幅 W pにほぼ等しい大きさに設定されている。 その結果、 偏光分離膜 1 4 4を経ずして反射膜 1 4 5に直接入射する部分光束は、 予め遮光 板 1 2 0の遮光面 1 2 2で遮られるためほとんど存在せず、 遮光板 1 2 0の開口 面 1 2 3を通過した光束はそのほとんど全てが偏光分離膜 1 4 4のみに入射する ことになる。 遮光板 1 2 0としては、 本例のように平板状の透明体 （例えばガラ ス板） に遮光性の膜 （例えばクロム膜、 アルミニウム膜、 及び、 誘電体多層膜） を部分的に形成したものや、 或いは、 例えばアルミニウム板のような遮光性の平 板に開口部を設けたもの等を使用できる。
図 7 ( B ) は偏光発生素子の機能を示す説明図である。 第 2のレンズアレイ 4 0から射出された光束は、 その主光線 （中心光路） がシステム光軸 2 0 0しじに ほぼ平行に遮光板 1 2 0の開口面 1 2 3を通過して、 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で反射され、 さらに反射膜 1 5で反射されて、 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 な状態で射出される。 選択位相差板 1 6 0の偏光分離膜 1 4 4を通過する光の射 出面部分には λ Ζ 2位相差層 1 6 2が形成されており、 反射膜 1 4 5で反射され た光の射出面部分には λ Ζ 2位相差層が形成されていない開口層 1 6 3を有して いる。 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射出する。 この結果、 偏光発生素子 1 8 0に入射 したランダムな偏光光束は、 ほとんどが s偏光光に変換されて射出する。 もちろ ん反射膜 1 4 5で反射される光の射出面部分だけに選択位相差板 1 6 0のぇ 2 位相差層 1 6 2を形成することにより、 ほとんどの光束を ρ偏光光に変換して射 出することもできる。
なお、 図 7 ( Β ) から解るように、 偏光発生素子 1 8 0から射出する 2つの s 偏光光の中心 （2つの s偏光光の中央） は、 入射するランダムな偏光光束 （s偏 光光 + Ρ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 6 2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 6に示すように、 光源 2 0の光軸 2 0 L Cは、 偏光発生素子 1 8 0 以降のシステム光軸 2 0 0 L Cから、 W p , 2に等しい距離 D pだけずれた位置 に設定されている。 第 2実施例の照明光学系 2 0 0の機能をまとめると、 第 1のレンズアレイ 3 0 と第 2のレンズァレイ 4 0と重畳レンズ 5 0とによリインテグレータ光学系が構 成され、 第 1のレンズアレイ 3 0で分割された複数の部分光束が重畳レンズ 5 0 によって照明領域 8 0上で重畳される。 これと同時に、 集光レンズ 6 0と発散レ ンズ 7 0とによリアフォーカル光学系が構成され、 第 2のレンズアレイ 4 0に入 射する光束の光束の幅を縮小させる。 さらに、 偏光発生素子 1 8 0により、 ラン ダムな偏光光束である部分光束はほぼ偏光方向の揃った偏光光束に変換される。 ここで、 偏光ビ一ムスプリッタアレイ 1 4 0の入射側には遮光板 1 2 0が配置さ れ、 偏光分離膜 1 4 4にだけ部分光束が入射する構成となっているため、 反射膜 1 4 5を経て偏光分離膜 1 4 4に入射する部分光束はほとんどなく、 偏光発生素 子 1 8 0から射出される偏光光束の種類はほぼ 1種類に限定される。 従って、 照 明領域 8 0はほとんど 1種類の偏光光束でほぼ均一に照明されることになる。 な お、 光源 2 0から射出される光束の平行性が良い場合には、 第 2のレンズアレイ 4 0や遮光板 1 2 0は省略することも可能である。
以上説明したように、 第 2実施例の照明光学系 2 0 0によれば、 前述した照明 光学系 1 0 0と同様に、 照明領域 8 0を照明する照明光の入射角を小さくするこ とができる。 従って、 照明領域 8 0を光入射面とするような光学要素を用いる場 合においては、 従来の照明光学系に比べて装置の大型化を招くことなく、 光の利 用効率を向上させることができる。 また、 ァフォーカル光学系から射出された光 束全体の光束の幅が縮小されているので、 ァフォーカル光学系よりも後段に配置 された光学要素を小型化することができる。
これに加えて、 第 2実施例の照明光学系 2 0 0では次のような効果を得ること ができる。 すなわち、 光源 2 0から射出されたランダムな偏光光束を、 偏光発生 素子 1 8 0により、 ほぼ 1種類の偏光光束に変換すると共に、 その偏光方向の揃 つた光束により照明領域 8 0を均一に照明できる。 また、 偏光光束の発生過程に おいては光損失を殆ど伴わないため、 光源から射出される光の殆どすベてを照明 領域 8 0へと導くことができる。 従って、 光の利用効率が極めて高いという特徴 を有する。さらに、偏光発生素子 1 8 0には遮光板 1 2 0が配置されているため、 照明領域 8 0を照明する偏光光束中には偏光方向が異なる他の偏光光束が混じる ことがほとんどない。 従って、 液晶装置のように偏光光束を用いて表示を行う変 調手段を照明する光学系として本発明の偏光照明光学系を用いた場合には、従来、 変調手段の照明光が入射する側に配置されていた偏光板を不要とできる場合があ る。 また、 従来通りに偏光板を必要とする場合でも、 偏光板における光吸収量が 非常に少ないため、 偏光板及び変調手段の発熱を抑制することができ、 従来偏光 板の発熱を抑制するために必要であった冷却装置を小型簡易化することができる。 なお、 図 1に示す第 1実施例と図 6に示す第 2実施例とを比較すればわかるよ うに、偏光発生素子を含まない照明光学系も、偏光発生素子を含む照明光学系も、 偏光変換素子以外はほぼ同様な構成をとることができる。 これは、 以下に示す他 の実施例でも同様である。
なお、 第 2実施例においても、 図 3 (A— 1 )， (A - 2 ) に示すように集光レ ンズ 6 0は第 1のレンズアレイ 3 0と光学的に一体ィヒすることも可能である。 ま た、 図 3 ( B— 1 )， （B— 2 ) に示すように発散レンズ 7 0は第 2のレンズァレ ィ 4 0と光学的に一体化することも可能である。 さらに、 発散レンズ 7 0から重 畳レンズ 5 0までの各光学要素をすベて光学的に一体化するようにしてもよい。 C . 第 3実施例：
図 8は、 本発明の第 3実施例としての照明光学系の要部を平面的に見た概略構 成図である。この照明光学系 3 0 0は、ほぼ平行な光束を射出する光源 3 2 0と、 集光レンズ 3 6 0と、 発散レンズ 3 7 0と、 第 1のレンズアレイ 3 3 0と、 第 2 のレンズアレイ 3 4 0と、 偏光発生素子 3 8 0と、 重畳レンズ 3 5 0と、 を備え ている。 各構成要素は、 システム光軸 3 0 0 L Cに沿って順に配置されている。 この照明光学系 3 0 0は、 ァフォーカル光学系を構成する集光レンズ 3 6 0およ び発散レンズ 3 7 0を光源 3 2 0と第 1のレンズアレイ 3 3 0との間に配置した 点を 4寺徴としている。 第 1のレンズアレイ 3 3 0、 第 2のレンズアレイ 3 4 0、 偏光発生素子 3 8 0、 重畳レンズ 3 5 0は、 ァフォーカル光学系で縮小された光 束の幅に対応するように構成されている。 また、 これらの各機能は前述した照明 光学系 1 0 0および 2 0 0における第 1のレンズアレイ 3 0、 第 2のレンズァレ ィ 4 0、 偏光発生素子 1 8 0、 重畳レンズ 5 0と同じであるので、 説明を省略す る。
第 3実施例の照明光学系 3 0 0では、 光源 3 2 0から射出されたほぼ平行な光 束の光束の幅をまず、 集光レンズ 3 6 0および発散レンズ 3 7 0によって縮小し ている。 これにより、 ァフォーカル光学系 （集光レンズ 3 6 0と発散レンズ 3 7 0 ) の後段に配置された各光学要素を小型化することができるとともに、 照明領 域 8 0を照明する照明光の入射角を小さくすることができる。
なお、 発散レンズ 3 7 0は、 第 1のレンズアレイ 3 7 0の直後に配置してもよ い。 また、 第 3実施例においても、 発散レンズ 3 7 0は第 1のレンズアレイ 3 3 0と光学的に一体化することも可能である。 さらに、 第 2のレンズアレイ 3 4 0 から重畳レンズ 5 0までの各光学要素をすベて光学的に一体化するようにしても よい。
D . 第 4実施例：
囡9は、 本発明の第 4実施例としての照明光学系の要部を平面的に見た概略構 成図である。この照明光学系 4 0 0は、ほぼ平行な光束を射出する光源 4 2 0と、 第 1のレンズアレイ 4 3 0と、 第 2のレンズアレイ 4 4 0と、 偏光発生素子 4 8 0と、 重畳レンズ 4 5 0と、 集光レンズ 4 6 0と、 発散レンズ 4 7 0と、 を備え ている。 各構成要素は、 システム光軸 4 0 0 L Cに沿って順に配置されている。 この照明光学系 4 0 0は、 ァフォーカル光学系を構成する集光レンズ 4 6 0およ び発散レンズ 4 7 0を重畳レンズ 4 5 0の後段、 すなわち、 重畳レンズ 4 5 0と 照明領域 8 0との間に配置した点を特徴としている。第 1のレンズアレイ 4 3 0、 第 2のレンズアレイ 4 4 0、 偏光発生素子 4 8 0、 重畳レンズ 4 5 0はァフォー カル光学系の前段に配置されているので、 各光学要素の大きさは、 光源 4 2 0の サイズに対応している。 また、 これらの各光学要素の機能は前述した照明光学系 1 0 0および 2 0 0における第 1のレンズアレイ 3 0、第 2のレンズアレイ 4 0、 偏光発生素子 1 8 0、 重畳レンズ 5 0と同じであるので、 説明を省略する。
第 4実施例の照明光学系 4 0 0では、 集光レンズ 4 6 0および発散レンズ 4 7 0のァフォ一カル光学系としての機能により、 重畳レンズ 4 5 0から射出された 複数の部分光束の全体としての幅を縮小する。 なお、 本例では、 ァフォーカル光 学系を射出した複数の部分光束は、 重畳されて照明領域 8 0を照明するのみであ るので、 ァフォーカル光学系によって可能な限り光束全体の光束の幅を縮小する ことができる。 これにより、 上述した各実施例に比べてさらに、 照明光の入射角 を小さくすることができる。
なお、第 4実施例においては、ァフォーカル光学系の機能を明確にするために、 集光レンズ 4 6 0と重畳レンズ 4 5 0とを別々の光学要素として説明しているが、 これらを光学的に一体化することが一般的である。 すなわち、 集光レンズ 4 7 0 と重畳レンズ 4 5 0とを 1つの集光レンズとすることができる。 また、 第 2のレ ンズアレイ 4 4 0から集光レンズ 4 6 0までの各光学要素をすベて光学的に一体 ィ匕するようにしてもよい。
E . 第 5実施例：
図 1 0は、 本発明の第 5実施例としての照明光学系の要部を平面的に見た概略 構成図である。 この照明光学系 5 0 0は、 ほぼ平行な光束を射出する光源 5 2 0 と、 第 1のレンズアレイ 5 3 0と、 第 2のレンズアレイ 5 4 0と、 偏光発生素子 5 8 0と、 集光レンズ 5 6 0と、 発散レンズ 5 7 0と、 重畳レンズ 5 5 0と、 を 備えている。 各構成要素は、 システム光軸 5 0 0 L Cに沿って順に配置されてい る。 この照明光学系 5 0 0は、 ァフォーカル光学系を構成する集光レンズ 5 6 0 および発散レンズ 5 7 0を重畳レンズ 5 5 0の前段、 すなわち、 重畳レンズ 5 5 0と偏光変換素子 5 8 0との間に配置した点を特徴としている。 第 1のレンズァ レイ 5 3 0、 第 2のレンズアレイ 5 4 0、 偏光発生素子 5 8 0はァフォーカル光 学系の前段に配置されているので、 各光学要素の大きさは、 光源 5 2 0のサイズ に対応している。 また、 これらの各光学要素の機能は前述した照明光学系 1 0 0 および 2 0 0における第 1のレンズアレイ 3 0、 第 2のレンズアレイ 4 0、 偏光 発生素子 1 8 0、 と同じであるので、 説明を省略する。
第 5実施例の照明光学系 5 0 0では、 集光レンズ偏光発生素子 5 8 0から射出 された複数の部分光束は、 集光レンズ 5 6 0および発散レンズ 5 7 0のァフォー カル光学系としての機能によリ、 複数の部分光束全体としての光束の光束の幅が 縮小される。 また、 発散レンズ 5 7 0から射出される複数の部分光束は、 それら の主光線がシステム光軸 5 0 0 L Cにほぼ平行に、 重畳レンズ 5 5 0に入射し、 照明領域 8 0上で重畳される。 なお、 第 5実施例においても、 第 4実施例の照明 光学系 4 0 0と同様に、 ァフォーカル光学系を射出した複数の部分光束は、 重畳 されて照明領域 8 0を照明するのみであるので、 ァフォーカル光学系によって可 能な限り光束全体の光束の幅を縮小することができる。 これにより、 重畳レンズ
5 5 0を小さくすることができるとともに、 上述した第 1から第 3実施例に比べ てさらに、 照明光の入射角を小さくすることができる。
なお、 第 5実施例における重畳レンズ 5 5 0と発散レンズ 5 7 0とは、 光学的 に一体化することができる。 また、 第 2のレンズアレイ 5 4 0から集光レンズ 5
6 0までの各光学要素をすベて光学的に一体化するようにしてもよい。
F . 第 6実施例：
図 1 1は、 本発明の第 6実施例としての照明光学系の要部を平面的に見た概略 構成図である。 この照明光学系 6 0 0は、 ほぼ平行な光束を射出する光源 6 2 0 と、 第 1のレンズアレイ 6 3 0と、 集光レンズ 6 6 0と、 発散レンズ 6 7 0と、 第 2のレンズアレイ 6 4 0と、 偏光発生素子 6 8 0と、 を備えている。 各構成要 素は、 システム光軸 6 0 0 L Cに沿って順に配置されている。 この照明光学系 6 0 0は、 ァフォーカル光学系を構成する集光レンズ 6 6 0および発散レンズ 6 7 0を第 1のレンズアレイ 6 3 0と第 2のレンズアレイ 6 4 0との間に配置し、 重 畳レンズを省略した点を特徴としている。 ァフォーカル光学系の後段に配置され た各光学要素は、 ァフォーカル光学系によって縮小された光束の幅に対応して構 成される。 なお、 第 1のレンズアレイ 6 3 0、 第 2のレンズアレイ 6 4 0、 偏光 発生素子 6 8 0の各機能は前述した照明光学系 1 0 0および 2 0 0における第 1 のレンズアレイ 3 0、 第 2のレンズアレイ 4 0、 偏光発生素子 1 8 0、 と同様で あるので、 説明を省略する。
集光レンズ 6 6 0および発散レンズ 6 7 0は、 ァフォーカル光学系としての機 能を有しておリ、 集光レンズ 6 6 0は第 1のレンズァレイ 6 3 0で分割された複 数の部分光束を照明領域 8 0上で重畳させる機能を有している。 第 1のレンズァ レイ 6 3 0から射出された複数の部分光束は、 集光レンズ 6 6 0および発散レン ズ 6 7 0で構成されるァフォーカル光学系としての機能により、 複数の部分光束 全体としての光束の幅が縮小される。 さらに、 発散レンズ 6 7 0から射出された 複数の部分光束は、 集光レンズ 6 6 0の重畳機能によって、 第 2のレンズアレイ 6 4 0および偏光発生素子 6 8 0を介して照明領域 8 0上で重畳される。 これに より、 前述した各照明光学系と同様に、 照明領域 8 0を照明する照明光の入射角 を小さくすることができる。 また、 ァフォーカル光学系から射出された光束全体 の光束の幅が縮小されているので、 ァフォーカル光学系よりも後段に配置された 光学系を小型化することができる。
また、 偏光発生素子 6 8 0を用いているので、 照明光学系 2 0 0において説明 したように、 ほぼ 1種類の偏光光束に変換すると共に、 その偏光方向の揃った光 束により照明領域 8 0を均一に照明できる。 ただし、 偏光発生素子 6 8 0に入射 する各部分光束は照明領域 8 0上で重畳されるように、 それらの主光線がシステ 厶光軸 6 0 0 L Cに対して傾斜している。偏光発生素子 6 8 0に入射する光束は、 偏光光の発生効率を考慮すると、 入射光束が光軸に対して平行であることが'好ま しい。 したがって、 本例では、 重畳レンズを省略することができるという利点は あるものの、 偏光光束の発生過程において光損失が発生するため、 光の利用効率 が前述した各実施例に比べて悪くなる場合がある。
なお、 第 6実施例においても、 集光レンズ 6 6 0は第 1のレンズアレイ 6 3 0 と光学的に一体ィ匕することも可能である。 また、 発散レンズ 6 7 0は第 2のレン ズアレイ 6 4 0と光学的に一体化することも可能である。 さらに、 発散レンズ 6 7 0から偏光発生素子 6 8 0までの各光学要素をすベて光学的に一体^するよう にしてもよい。
F . 第 7実施例：
図 1 2は、 本発明の第 7実施例としての照明光学系の要部を平面的に見た概略 構成図である。 この照明光学系 7 0 0は、 光源 7 2 0と、 第 1のレンズアレイ 7 3 0と、 発散レンズ 7 7 0と、 第 2のレンズアレイ 7 4 0と、 偏光発生素子 7 8 0と、 重畳レンズ 7 5 0と、 を備えている。 各構成要素は、 システム光軸 7 0 0 L Cに沿って順に配置されている。
光源 7 2 0は、放射状の光線を射出する放射光源としての光源ランプ 7 2 2と、 光源ランプ 7 2 2から射出された放射光を反射して光源光軸 7 2 0 L C上の所定 の位置に集光させる凹面鏡 7 2 4とを有している。 凹面鏡 7 2 4としては、 楕円 面鏡を用いることが好ましい。
この照明光学系 7 0 0は、 光源 7 2 0の凹面鏡 7 2 4と発散レンズ 7 7 0とに よってァフォーカル光学系を構成した点を特徴としている。 第 2のレンズアレイ 7 4 0、 偏光発生素子 7 8 0、 重畳レンズ 7 5 0は、 ァフォーカル光学系で縮小 された光束の幅に対応するように構成されている。 なお、 第 1のレンズアレイ 7 3 0、 第 2のレンズアレイ 7 4 0、 偏光発生素子 7 8 0、 重畳レンズ 7 5 0の各 機能は前述した照明光学系 1 0 0および 2 0 0における第 1のレンズアレイ 3 0、 第 2のレンズアレイ 4 0、 偏光発生素子〗 8 0、 重畳レンズ 5 0と同様であるの で、 説明を省略する。
第 7実施例の照明光学系 7 0 0では、 光源 7 2 0から射出された光束は、 集光 されながら第 1のレンズアレイ 7 3 0を通過して複数の部分光束に分割される。 そして、 複数の部分光束は、 発散レンズ 7 7 0によってそれらの主光線がシステ 厶光軸 7 0 0 L Cにほぼ平行な光束に変換される。この結果、複数の部分光束は、 全体としての光束の幅が縮小されて、 第 2のレンズアレイ 7 4 0に入射し、 偏光 発生素子 7 8 0および重畳レンズ 7 5 0を介して照明領域 8 0を照明する。 これ により、 発散レンズ 7 7 0の後段に配置された各光学系を小型化することができ るとともに、照明領域 8 0を照明する照明光の入射角を小さくすることができる。 なお、 本例においても、 発散レンズ 7 7 0は第 2のレンズアレイ 7 4 0と光学 的に一体化することも可能である。 さらに、 発散レンズ 7 7 0から重畳レンズ 7 5 0までの各光学要素をすベて光学的に一体化するようにしてもよい。
G . 第 8実施例：
図 1 3は、 本発明の第 8実施例としての照明光学系の要部を平面的に見た概略 構成図である。 この照明光学系 8 0 0は、 光源 8 2 0と、 発散レンズ 8 7 0と、 第 1のレンズアレイ 8 3 0と、 第 2のレンズアレイ 8 4 0と、 偏光発生素子 8 8 0と、 重畳レンズ 8 5 0と、 を備えている。 各構成要素は、 システム光軸 8 0 0 L Cに沿って順に配置されている。
光源 8 2 0は、 光源 6 2 0 (図 1 2 ) と同様に、 放射状の光線を射出する放射 光源としての光源ランプ 8 2 2と、 光源ランプ 8 2 2から射出された放射光を反 射して光源光軸 8 2 0 L C上の所定の位置に集光させる凹面鏡 8 2 4とを有して いる。 この照明光学系 8 0 0も、 照明光学系 6 0 0 (図 1 2 ) と同様に、 光源 8 2 0 の凹面鏡 8 2 4と発散レンズ 8 7 0とによってァフォーカル光学系を構成した点 を特徴としている。 第 1のレンズアレイ 8 3 0、 第 2のレンズアレイ 8 4 0、 偏 光発生素子 8 8 0、 重畳レンズ 8 5 0は、 ァフォーカル光学系で縮小された光束 の幅に対応するように構成されている。 なお、 これらの各光学要素の各機能は、 前述した照明光学系 1 0 0および 2 0 0における第 1のレンズアレイ 3 0、 第 2 のレンズアレイ 4 0、 偏光発生素子 1 8 0、 重畳レンズ 5 0と同様であるので、 説明を省略する。
第 8実施例の照明光学系 8 0 0では、 光源 8 2 0から射出された集光光束は、 発散レンズ 8 7 0を通過してその光束の幅が縮小されたほぼ平行な光束に変換さ れて第 1のレンズアレイに入射され、 第 2のレンズアレイ 8 4 0、 偏光発生素子 8 8 0および重畳レンズ 8 5 0を介して照明領域 8 0を照明する。 これにより、 発散レンズ 8 7 0の後段に配置された光学系を小型化することができるとともに、 照明領域 8 0を照明する照明光の入射角を小さくすることができる。
なお、 第 8実施例においても、 発散レンズ 8 7 0は第 1のレンズアレイ 8 3 0 と光学的に一体ィヒすることも可能である。 また、 第 2のレンズアレイ 8 4 0から 重畳レンズ 8 5 0までの各光学要素をすベて光学的に一体化するようにしてもよ い。 H . 第 9実施例：
図 1 4は、 本発明の照明光学系を用いた投写型表示装置の要部を平面的に見た 概略構成図である。 この投写型表示装置 9 0 0は、 第 2実施例としての照明光学 系 2 0 0と基本的に同じ構成の照明光学系 2 0 0 ' を用いている。 照明光学系 2 0 0との違いは、 重畳レンズ 5 0の射出側に、 反射ミラー 9 0を備え、 後述する ダイクロイツクミラー 9 1 2に重畳レンズ 5 0から射出された光束を導くように している点である。 この投写型表示装置 900は、 照明光学系 200' と、 ダイクロイツクミラー 91 2， 91 4と、 反射ミラー 91 8， 922， 924と、 入射側レンズ 930 と、 リレーレンズ 932と、 3枚のフィールドレンズ 940， 942, 944と、 3枚の液晶ライ卜バルブ （液晶パネル） 950, 952， 954と、 クロスダイ クロイツクプリズム 960と、 投写レンズ系 970とを備えている。
照明光学系 200 'は、上述したように、偏光方向の揃えられた直線偏光光（上 述の例では、 s偏光光） の照明光を射出し、 照明領域 80である液晶ライ卜バル ブ 950， 952， 954を照明する。 なお、 液晶ライ卜バルブ 950， 952， 954の光の入射面には、 通常、 偏光板が設けられているため、 照明光学系 20 0' から射出される直線偏光光の偏光方向を、 これらの偏光板が'透過可能な偏光 方向とする。 このようにすれば、 照明光学系 200' から射出された照明光を効 率よく利用することができる。
2枚のダイクロイツクミラー 91 2, 91 4は、 照明光学系から射出された照 明光 （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 91 2は、 照明光学系 200' から射 出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 91 2を透過した赤色光は、 反射ミ ラー 91 8で反射され、 フィールドレンズ 940を通って赤光用の液晶ライ卜バ ルブ 950に達する。 このフィールドレンズ 940は、 重畳レンズ 50から射出 された各部分光束をその主光線に対してほぼ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 942, 944も同様である。 第 1のダイクロイツクミラー 91 2で反射された青色光と緑色光のうちで、 綠色光 は第 2のダイクロイツクミラー 91 4によって反射され、 フィールドレンズ 94 2を通って綠光用の液晶ライ卜バルブ 952に達する。 一方、 青色光は、 第 2の ダイクロイツクミラー 91 4を透過し、 入射側レンズ 930、 リレーレンズ 93 2および反射ミラー 922， 924を備えたリレーレンズ系を通り、 さらにフィ 一ソレドレンズ （射出側レンズ） 9 4 4を通って青色光用の液晶ライ卜バルブ 9 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 9 3 0に入射した部分光束をそのまま、 射出側レンズ 9 4 4に伝えるためである。
3枚の液晶ライトバルブ 9 5 0， 9 5 2， 9 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。 なお、 液晶ライ卜バルブ 9 5 0， 9 5 2 , 9 5 4の入射面 側には、 液晶パネルの 1画素毎に対応して図示しないマイク口レンズが配置され ている。 クロスダイクロイツクプリズム 9 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。 クロスダイクロイツクブリ ズ厶 9 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。 クロスダイクロイツクプリズム 9 6 0で生成された合成光は、 投写 レンズ系 9 7 0の方向に射出される。 投写レンズ系 9 7 0は投写光学系としての 機能を有し、 クロスダイクロイツクプリズム 9 6 0で生成された合成光を投写ス クリーン 9 0 0上に拡大投写して、 カラー画像を表示する。
この投写型表示装置 9 0 0は、 照明光学系 2 0 0 ' を用いることによって、 第 2実施例において説明したように液晶ライ卜バルブ 9 5 0， 9 5 2， 9 5 4の入 射面側に配置されたマイク口レンズに入射する光束の入射角を小さくすることが できるので、 マイクロレンズに入射した光束を効率よく集光して、 液晶ライ卜バ ルブ 9 5 0， 9 5 2， 9 5 4において効率よく利用することができる。 また、 照 明光学系 2 0 0 ' の後段に配置された各レンズ、 例えば、 フィールドレンズ 9 4 0 , 9 4 2 , 9 4 4や、 入射側レンズ 9 3 0、 リレーレンズ 9 3 2、 投写レンズ 系 9 7 0に入射する光束の主光線の入射角も小さくすることができるので、 各レ ンズにおける光の利用効率を向上させることもできる。 これにより、 より明るく 均一でむらの無 t、投写画像を実現することができる。
また、 照明光学系 2 0 0 ' からは一方の偏光光束、 例えば S偏光光束に偏光方 向が揃った光束が射出される。 この結果、 偏光方向の揃ったほぼ 1種類の偏光光 束が 3ケ所の液晶ライ卜バルブ 9 5 0， 9 5 2， 9 5 4に導かれるので、 これら に備えられている偏光板による光吸収は非常に少なくいため、 光の利用効率が向 上して明るい投写画像を得ることができる。 また、 光吸収による発熱量も極めて 少なくなるため、 偏光板や液晶パネルの温度上昇を抑制することができる。 また、 この投写型表示装置 9 0 0の照明光学系として上述した他の実施例にお ける照明光学系を用いてもほぼ同様の効果を得ることができる。
なお、 本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。
( 1 ) 上記各実施例で説明した照明光学系は、 集光レンズおよび発散レンズの 2 つの光学要素を用いてァフォーカル光学系を構成し、 光源と第 1のレンズアレイ との間、 第 1のレンズアレイと第 2のレンズアレイとの間、 等にまとめて配置し た例を示しているが、 これに限定されるものではなく、 ァフォーカル光学系の各 構成要素を、 照明光学系のいずれかの個所に別々に配置するようにしてもよい。 要するに照明光学系から射出される光束が、 照明領域に入射する角度が小さくな るようにできればよい。
( 2 ) 上述した第 8実施例では、 透過型の投写型表示装置に本発明の照明光学系 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、 クロスダイクロイツクプリズムは、 白色光を赤、 綠、 青の 3色の光に分離 する色光分離手段として利用できると共に、 変調された 3色の光を再度合成して 同一の方向に射出する色光合成手段としても利用できる。 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。
( 3 ) また、 第 8実施例では、 カラー画像を表示する投写型表示装置を例に説明 しているが、 モノクロ画像を表示する投写型表示装置に適用することも可能であ る。 この場合にも、 上記投写型表示装置と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 . 所定の光学装置の光入射面を照明領域として照明するために、 光源から射出 された光束を複数の部分光束に分割するとともに、 該複数の部分光束を前記照明 領域上でほぼ重畳させる照明光学系であって、
入射光束を該入射光束の光束の幅よリも小さな光束の幅を有する射出光束に変 換するァフォーカル光学系の機能を有する光束縮小手段を備え、
前記光束縮小手段は、 前記ァフォーカル光学系を実現するための集光機能と光 を平行ィヒする機能とを備える
照明光学系。
2 . 請求の範囲第 1項記載の照明光学系であって、
前記照明光学系は、
略平行な光束を射出する光源と、
前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、 前記複数 の部分光束を前記照明領域上でほぼ重畳させる分割重畳手段と、
を備え、
前記光束縮小手段は前記分割重畳手段に含まれている
照明光学系。
3 . 請求の範囲第 2項記載の照明光学系であつて、
前記分割重畳手段は、
前記略平行な光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する 第 1のレンズアレイの機能と、 前記集光機能とを有する第 1の光束分割手段と、 第 1のレンズアレイに対応して複数の小レンズを有する第 2のレンズアレイの 機能と、 前記光を平行化する機能とを有する第 2の光束分割手段と、 前記第 2の光束分割手段から射出された前記複数の部分光束を前記照明領域上 で重畳させる重畳手段と、
を備える
照明光学系。
4 . 請求の範囲第 2項記載の照明光学系であって、
前記分割重畳手段は、
第 1の光束分割手段と第 2の光束分割手段とを備え、
前記第 1の光束分割手段は、
前記略平行な光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する 第 1のレンズアレイの機能と、 前記集光機能と、 該第 1の光束分割手段から射出 される複数の部分光束を前記第 2の光束分割手段を介して前記照明領域上で重畳 させる機能と、 を有し、
前記第 2の光束分割手段は、
前記第 1のレンズアレイに対応して複数の小レンズを有する第 2のレンズァレ ィの機能と、 前記光を平行化する機能と、 を有する
照明光学系。
5 . 請求の範囲第 2項記載の照明光学系であつて、
前記分割重畳手段は、
前記光源から射出された略平行な光束を複数の部分光束に分割する第 1および 第 2の光束分割手段と、
前記複数の部分光束を前記照明領域上でほぼ重畳させる重畳手段と、 を備え、
前記光束縮小手段は、 前記光源から前記第 1の光束分割手段の射出面までの光 路上に設けられている 照明光学系。
6 . 請求の範囲第 2項記載の照明光学系であって、
前記分割重畳手段は、
前記光源から射出された略平行な光束を複数の部分光束に分割する第〗および 第 2の光束分割手段と、
前記複数の部分光束を前記照明領域上でほぼ重畳させる重畳手段と、 を備え、
前記光束縮小手段は、 前記第 2の光束分割手段の入射面から前記重畳手段の射 出面までの光路上に設けられている
照明光学系。
7 . 請求の範囲第 2項記載の照明光学系であつて、
前記分割重畳手段は、
前記光源から射出された略平行な光束を複数の部分光束に分割する第 1および 第 2の光束分割手段と、
前記複数の部分光束を前記照明領域上でほぼ重畳させる重畳手段と、 を備え、
前記光束縮小手段は、 前記重畳手段の入射面から前記照明領域までの光路上に 設けられている
照明光学系。
8 . 請求の範囲第 1項記載の照明光学系であって、
前記照明光学系は、
前記集光機能を有する第 1の光学要素としてのリフレクタを有し、 収束する光 束を射出する光源と、 前記収束光束を複数の部分光束に分割するとともに、 前記複数の部分光束を前 記照明領域上でほぼ重畳させる分割重畳手段と、
を備え、
前記光を平行化する機能は前記分割重畳手段に含まれている
照明光学系。
9 . 請求の範囲第 1項ないし請求の範囲第 8項のいずれかに記載の照明光学系で あって、 さらに、
前記照明光学系のいずれかの位置に、 ランダムな偏光方向を有する光束を偏光 方向の揃った 1種類の偏光光束に変換して射出する偏光発生手段を備え、 前記偏光発生手段は、 入射光束を互いに偏光方向が異なる 2種類の偏光光束に 分離する偏光分離手段と、
前記偏光分離手段によって得られた一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光 束の偏光方向と同じとなるように偏光変換する偏光変換手段とを備え、
前記偏光発生手段によって得られた前記偏光方向の揃った 1種類の偏光光束に よって前記照明領域を照明する照明光学系。
1 0 . 画像を投写して表示する投写型表示装置であって、
光源から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、 該複数の部分 光束を所定の照明領域上でほぼ重畳させる照明光学系と、
前記照明領域としての光入射面を有し、 前記照明光学系からの入射光を画像 "I青 報に応じて変調する光変調手段と、
前記光変調手段で得られる変調光束を投写面上に投写する投写光学系と、 を備え、
前記照明光学系は、
入射光束を該入射光束の光束の幅よリも小さな光束の幅を有する射出光束に変 換するァフォーカル光学系の機能を有する光束縮小手段を備え、
前記光束縮小手段は、 前記ァフォーカル光学系を実現するための集光機能と光 を平行ィ匕する機能とを備える
投写型表示装置。
1 1 . 請求の範囲第 1 0項記載の投写型表示装置であって、
前記照明光学系は、
略平行な光束を射出する光源と、
前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、 前記複数 の部分光束を前記照明領域上でほぼ重畳させる分割重畳手段と、
を備え、
前記光束縮小手段は前記分割重畳手段に含まれている
投写型表示装置。
1 2 . 請求の範囲第 1 1項記載の投写型表示装置であって、
前記分割重畳手段は、
前記略平行な光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する 第 1のレンズアレイの機能と、 前記集光機能とを有する第 1の光束分割手段と、 第 1のレンズァレイに対応して複数の小レンズを有する第 2のレンズァレイの 機能と、 前記光を平行化する機能とを有する第 2の光束分割手段と、
前記第 2の光束分割手段から射出された前記複数の部分光束を前記照明領域上 で重畳させる重畳手段と、
を備える
投写型表示装置。
1 3 . 請求の範囲第 1 1項記載の投写型表示装置であって、 前記分割重畳手段は、
第 1の光束分割手段と第 2の光束分割手段とを備え、
前記第 1の光束分割手段は、
前記略平行な光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レンズを有する 第 1のレンズアレイの機能と、 前記集光機能と、 該第 1の光束分割手段から射出 される複数の部分光束を前記第 2の光束分割手段を介して前記照明領域上で重畳 させる機能と、 を有し、
前記第 2の光束分割手段は、
前記第 1のレンズァレイに対応して複数の小レンズを有する第 2のレンズァレ ィの機能と、 前記光を平行化する機能と、 を有する
投写型表示装置。
1 4 . 請求の範囲第 1 1項記載の投写型表示装置であって、
前記分割重畳手段は、
前記光源から射出された略平行な光束を複数の部分光束に分割する第 1および 第 2の光束分割手段と、
前記複数の部分光束を前記照明領域上でほぼ重畳させる重畳手段と、 を備え、
前記光束縮小手段は、 前記光源から前記第 1の光束分割手段の射出面までの光 路上に設けられている
投写型表示装置。
1 5 . 請求の範囲第 1 1項記載の投写型表示装置であって、
前記分割重畳手段は、
前記光源から射出された略平行な光束を複数の部分光束に分割する第 1および 第 2の光束分割手段と、 前記複数の部分光束を前記照明領域上でほぼ重畳させる重畳手段と、 を備え、
前記光束縮小手段は、 前記第 2の光束分割手段の入射面から前記重畳手段の射 出面までの光路上に設けられている
投写型表示装置。
1 6 . 請求の範囲第 1 1項記載の投写型表示装置であって、
前記分割重畳手段は、
前記光源から射出された略平行な光束を複数の部分光束に分割する第 1および 第 2の光束分割手段と、
前記複数の部分光束を前記照明領域上でほぼ重畳させる重畳手段と、 を備え、
前記光束縮小手段は、 前記重畳手段の入射面から前記照明領域までの光路上に 設けられている
投写型表示装置。
1 7 . 請求の範囲第 1 0項記載の投写型表示装置であって、
前記照明光学系は、
前記集光機能を有する第 1の光学要素としてのリフレクタを有し、 収束する光 束を射出する光源と、
前記収束光束を複数の部分光束に分割するとともに、 前記複数の部分光束を前 記照明領域上でほぼ重畳させる分割重畳手段と、
を備え、
前記光を平行化する機能は前記分割重畳手段に含まれている
投写型表示装置。
1 8 . 請求の範囲第 1 0項ないし請求の範囲第 1 7項のいずれかに記載の投写型 表示装置であって、 さらに、
前記照明光学系のいずれかの位置に、 ランダムな偏光方向を有する光束を偏光 方向の揃った 1種類の偏光光束に変換して射出する偏光発生手段を備え、 前記偏光発生手段は、 入射光束を互いに偏光方向が異なる 2種類の偏光光束に 分離する偏光分離手段と、
前記偏光分離手段によって得られた一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光 束の偏光方向と同じとなるように偏光変換する偏光変換手段とを備え、
前記偏光発生手段によって得られた前記偏光方向の揃った 1種類の偏光光束に よつて前記照明領域を照明する投写型表示装置。
1 9 . 請求の範囲第 1 0項ないし請求の範囲第 1 8項のいずれかに記載の投写型 表示装置であって、
さらに、 前記照明光学系からの射出光を少なくとも 2色の色光束に分離する色 光分離手段と、
前記色光分離手段によリ分離された各色光束をそれぞれ変調する複数の前記光 変調手段と、
それぞれの前記光変調手段で変調された後の各色の変調光束を合成する色光合 成手段とを備え、
前記色光合成手段によって得られた合成光束が前記投写光学系を介して投写す る
投写型表示装置。
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