JP3733691B2 - 照明光学系、およびこれを用いた投写型表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、色光合成手段を備えた投写型表示装置およびそのための照明光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー画像を投写スクリーンに投写する投写型表示装置には、クロスダイクロイックプリズムが用いられていることが多い。例えば透過型の液晶プロジェクタでは、クロスダイクロイックプリズムは、赤、緑、青の３色の光を合成して同一の方向に出射する色光合成手段として利用される。また、反射型の液晶プロジェクタでは、クロスダイクロイックプリズムは、白色光を赤、緑、青の３色の光に分離する色光分離手段として利用されると共に、変調された３色の光を再度合成して同一の方向に出射する色光合成手段としても利用される。クロスダイクロイックプリズムを用いた投写型表示装置としては、例えば特開平１−３０２３８５号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
図１９は、投写型表示装置の要部を示す概念図である。この投写型表示装置は、３つの液晶ライトバルブ４２，４４，４６と、クロスダイクロイックプリズム４８と、投写レンズ系５０とを備えている。クロスダイクロイックプリズム４８は、３つの液晶ライトバルブ４２，４４，４６で変調された赤、緑、青の３色の光を合成して、投写レンズ系５０の方向に出射する。投写レンズ系５０は、合成された光を投写スクリーン５２上に結像させる。
【０００４】
図２０は、クロスダイクロイックプリズム４８の一部を分解した斜視図である。クロスダイクロイックプリズム４８は、４つの直角プリズムの互いの直角面を、光学接着剤で貼り合わせることによって作製されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図２１は、クロスダイクロイックプリズム４８を利用した場合の問題点を示す説明図である。図２１（Ａ）に示すように、クロスダイクロイックプリズム４８は、４つの直角プリズムの直角面で形成されるＸ字状の界面において、略Ｘ字状に配置された赤色光反射膜６０Ｒと青色光反射膜６０Ｂとを有している。しかし、４つの直角プリズムの隙間には光学接着剤層６２が形成されているので、反射膜６０Ｒ，６０Ｂも、クロスダイクロイックプリズム４８の中心軸４８ａの部分において隙間を有している。
【０００６】
クロスダイクロイックプリズム４８の中心軸４８ａを通る光が投写スクリーン５２上に投影されると、中心軸４８ａに起因する暗線が画像中に形成されることがある。図２１（Ｂ）は、このような暗線ＤＬの一例を示している。この暗線ＤＬは、他の部分とは異なる色がついた、やや暗い線状の領域であり、投写された画像のほぼ中心に形成される。この暗線ＤＬは、中心軸４８ａ付近の反射膜の間隙において光線が散乱されることや、赤色光や青色光が反射されないことに起因していると考えられる。なお、この問題は、赤色反射膜、青色反射膜等の選択反射膜がそれぞれ形成された２種類のダイクロイックミラーをＸ字状に交差させたクロスダイクロイックミラーにおいても同様に発生する。この場合にも、ミラーの中心軸に起因する暗線が画像中に形成されることとなる。
【０００７】
このように、従来の投写型表示装置では、クロスダイクロイックプリズム４８やクロスダイクロイックミラーの中心軸によって、投写される画像のほぼ中心に暗線が形成されてしまうことがあるという問題があった。
【０００８】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、クロスダイクロイックプリズムやクロスダイクロイックミラー等、Ｘ字状に配置された２種類のダイクロイック膜を備えた光学手段の中心軸に起因する暗線を目立たなくすることのできる技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
（課題を解決するための原理の説明）
まずはじめに、課題を解決するための原理を、具体的な例に基づき、図１ないし図４を用いて説明する。図面では、光の進行方向をｚ方向、光の進行方向（ｚ方向）からみて３時の方向をｘ方向、１２時の方向をｙ方向として統一してある。また、下記説明に置いて、便宜的に、ｘ方向は行方向、ｙ方向は列方向を表すものとする。なお、下記の原理は、説明を容易にするために具体的な例に基づいて説明を行っているが、本発明はそのような具体的な構成に限定されるものではない。
【００１０】
投写型表示装置において、光源からの光を複数の部分光束に分割して照明光の面内照度むらを低減する技術として、ＷＯ９４／２２０４２号公報に記載されたような、複数の小レンズを有する２つのレンズアレイを用いた照明光学系（インテグレータ光学系という）が知られている。
【００１１】
図１は、クロスダイクロイックプリズムを用いた投写型表示装置にインテグレータ光学系を採用した場合の、暗線発生原理を説明する図である。図１（Ａ−１），（Ｂ−１）は、ｘ方向の位置が互いに異なる小レンズ１０（同心レンズ）、すなわち、異なる列方向に存在する小レンズ１０を通過した光束（図中実線で示す）、および、その中心光軸（図中細かい点線で示す）の追跡図、図１（Ａ−２），（Ｂ−２）はスクリーン７上の暗線ＤＬａ、ＤＬｂの形成位置を示す図である。
【００１２】
光源（図示省略）から出射された光束は、それぞれ複数の小レンズ１０を有する第１と第２のレンズアレイ１，２によって複数の部分光束に分割される。第１と第２のレンズアレイ１，２に設けられた各小レンズ１０を通過した光束は、平行化レンズ１５によって、各部分光束の中心軸に平行な光束に変換される。平行化レンズ１５を通過した部分光束は、液晶ライトバルブ３上で重畳され、その所定領域を均一に照明する。なお、図１においては１枚の液晶ライトバルブ３のみが図示されているが、他の２枚の液晶ライトバルブにおいてもインテグレータ光学系の原理、暗線の発生原理は同様である。
【００１３】
図２は第１と第２のレンズアレイ１，２の外観を示す斜視図である。第１と第２のレンズアレイ１，２は、それぞれ略矩形状の輪郭を有する小レンズ１０がＭ行Ｎ列のマトリクス状に配置された構成を有している。この例では、Ｍ＝１０，Ｎ＝８であり、図１（Ａ−１）には２列目の小レンズを通過した部分光束の追跡図、図１（Ｂ−１）には７列目の小レンズを通過した部分光束の追跡図が示されていることになる。
【００１４】
液晶ライトバルブ３上に重畳された光束は、液晶ライトバルブ３で画像情報に応じた変調を受けた後、クロスダイクロイックプリズム４に入射する。クロスダイクロイックプリズム４から出射された光束は、投写レンズ系６を介してスクリーン７上に投影される。
【００１５】
図１（Ａ−１），（Ｂ−１）にそれぞれ荒い点線で示すように、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５（図中ｙ方向に沿っている）部分を通過する光も、それぞれスクリーン７上のＰａ，Ｐｂの位置に投影されることとなる。ところが、従来技術において述べたように、この中心軸５付近の反射膜の間隙において光線が散乱されたり、反射されるべき光が反射されなかったりするため、中心軸５付近を通過する光の光量が減少してしまう。よって、図１（Ａ−２），（Ｂ−２）に示すように、投写スクリーン７上に周囲よりも輝度の低い部分、すなわち、暗線ＤＬａ，ＤＬｂが形成されてしまう。
【００１６】
ここで、暗線と、第１と第２のレンズアレイ１，２との関係を説明する。図１（Ａ−１）を一部拡大して示してある図３（Ａ）から解るように、液晶ライトバルブ３によって形成された像は、投写レンズ系６によって反転され、かつ拡大されて投写スクリーン７上に投影される。なお、図３（Ｂ）は、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５を含むｘｙ平面における断面図である。図３（Ａ），（Ｂ）において、ｒ１は、部分光束をクロスダイクロイックプリズム４の中心軸５を含むｘｙ平面で切断したときの、部分光束の断面８の一方の端１１から中心軸５までの距離を示し、ｒ２は、部分光束の断面８の他方の端１２から中心軸５までの距離を示す。部分光束の断面８の像は、投写レンズ系６によって反転され、かつ拡大されて投写スクリーン７上に投影されるので、投写スクリーン７上における投写領域９の一方の端１３から暗線ＤＬａまでの距離Ｒ２と投写領域９の他方の端から暗線ＤＬａまでの距離Ｒ１との比は、距離ｒ２と距離ｒ１との比に等しい。すなわち、暗線ＤＬａが形成される位置は、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５を含むｘｙ平面における部分光束の断面８が、中心軸５に対してどのような位置に存在するかに依存している。
【００１７】
ここで、図１（Ａ−１）と（Ｂ−１）とを比較すれば解るように、図１（Ａ−１）と（Ｂ−１）とでは、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５を含むｘｙ平面におけるそれぞれの部分光束の断面の位置が異なっている。従って、暗線ＤＬａとＤＬｂとはそれぞれ異なる位置に形成されることとなる。同様に、第１と第２のレンズアレイ１，２のうち、２列目、７列目以外の列に存在する小レンズ１０を通過した部分光束の、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５を含むｘｙ平面における断面の位置もそれぞれ異なるため、投写スクリーン７上には、第１と第２のレンズアレイ１，２の列数だけ、すなわち、Ｎ本の暗線が形成されることになる。
【００１８】
なお、第１と第２のレンズアレイ１，２の同じ列方向位置に並ぶＭ個の小レンズ１０を通過する部分光束は、図４に示したように、投写スクリーン７上のほぼ等しい位置に暗線ＤＬｃを形成する。従って、Ｎ本の暗線のそれぞれは、第１と第２のレンズアレイ１，２の同じ列方向位置に並ぶＭ個の小レンズ１０を通過する部分光束が重なり合って形成されており、その暗度は、それぞれの小レンズ１０によって形成される暗線の暗度の総和にほぼ等しい。
【００１９】
以上をまとめると、以下の原理が導き出せる。
【００２０】
（第１の原理）
まず、第１に、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５に対する部分光束の中心軸の位置が異なれば暗線の形成される位置も異なる。第１と第２のレンズアレイ１，２の異なる列を通過する部分光束は、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５に対する位置が互いに異なるので、異なる位置に暗線を形成する。
【００２１】
（第２の原理）
第２に、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５を含むｘｙ平面における部分光束の断面の位置が異なるのは、クロスダイクロイックプリズム４に入射する部分光束の角度が異なるからである（図１参照）。第１と第２のレンズアレイ１，２の異なる列を通過する部分光束は、クロスダイクロイックプリズム４に対して異なる角度で入射するので、中心軸５における部分光束の位置が異なる。
【００２２】
従って、クロスダイクロイックプリズム４に入射する部分光束の角度が異なれば、あるいは、液晶ライトバルブ３上に重畳される部分光束の角度が異なれば、暗線の形成される位置も異なることになる。
【００２３】
（結論）
先に述べた通り、第１と第２のレンズアレイ１，２の同じ列方向位置に並ぶＭ個の小レンズ１０を通過する部分光束が、投写スクリーン７上のほぼ等しい位置にそれぞれ暗線を形成することにより、その暗線の暗度は、それぞれの小レンズ１０によって形成される暗線の暗度の総和にほぼ等しい。従って、このＭ個の小レンズ１０を通過する部分光束のそれぞれにより形成される暗線が、投写スクリーン７上の異なる位置に形成されるようにすれば良い。すなわち、このようにすれば、暗線の数は増加するものの、１本あたりの暗線の暗度を減少させることが可能となるため、結果として暗線が非常に目立ちにくくなる。なお、Ｍ個の小レンズ１０を通過する暗線のすべてが異なる位置に形成されるようにする必要はなく、一部が異なる位置に形成されるようにするだけで十分である。
【００２４】
なお、暗線を異なる位置に形成させることは、先に述べた第１の原理、第２の原理のいずれかにより可能である。
【００２５】
すなわち、第１の原理に基づけば、同じ列方向位置に並ぶＭ個の小レンズ１０を通過する部分光束のうち、一部について、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５に対する部分光束の中心軸の位置を他と変化させれば良い。
【００２６】
さらに、第２の原理に基づけば、同じ列方向位置に並ぶＭ個の小レンズ１０を通過する部分光束のうち、一部について、液晶ライトバルブ３上に重畳される部分光束の角度、あるいはクロスダイクロイックプリズム４に入射する部分光束の角度を他と変化させれば良い。
【００２７】
本発明は、上記のような原理を追求することによって、前に述べたような従来技術における課題を解決することができたのである。以下に、その手段、および、作用・効果について述べる。
【００２８】
（課題を解決するための手段およびその作用・効果）
第１の発明は、
照明光を出射する照明光学系であって、
光源から出射される光束を行方向および列方向の複数の部分光束に分割する光束分割手段と、
前記複数の部分光束を、それぞれ被照明領域上の照明位置でほぼ重畳結合する重畳レンズと、
を備え、
前記重畳レンズは、
前記行方向にほぼ沿った少なくとも１つの領域境界で複数の分割領域に分割され、
前記複数の分割領域のうち、少なくとも１つの領域境界に隣接する２つの分割領域は、前記行方向における各分割領域の局所的中心線の位置が、互いに異なることを特徴とする。
【００２９】
第１の発明を適用する投写型表示装置として、照明光を、３色の光に分離する色光分離手段と、３色の光を与えられた画像信号に基づいてそれぞれ変調する３組の光変調手段と、Ｘ字状に配置された２種類のダイクロイック膜を備え、該ダイクロイック膜が互いに交差する位置に相当する中心軸を有し、前記３組の光変調手段により変調された３色の光を合成して同一方向に出射する色光合成手段と、前記色光合成手段により合成された光を投写面上に投写する投写手段とを備えている投写型表示装置がある。ここで、被照明領域は投写型表示装置の光変調手段の光入射面に相当し、列方向は色光合成手段の中心軸とほぼ平行な方向である。このような投写型表示装置では、通常、光束分割手段で分割された複数の部分光束のうちで、列方向に沿ってほぼ並んだ部分光束は、色光合成手段の中心軸をスクリーン上のほぼ同じ位置に投影して暗線を形成する。
【００３０】
第１の発明における重畳レンズでは、少なくとも１つの領域境界に隣接する２つの分割領域は、行方向における各分割領域の局所的中心線の位置が、互いに異なっている。ここで、分割領域の局所的中心線とは、分割領域の行方向に沿った領域境界線に垂直な位置関係にある等高線の稜線を意味する。したがって、列方向に沿ってほぼ並んだ部分光束のうち、この２つの分割領域を通過した部分光束の照明領域を行方向の互いに異なった位置とすることができるので、上記第１の原理に基づき、列方向に沿ってほぼ並んだ部分光束によって色光合成手段の中心軸がほぼ同じ位置に投影されるのを防止できる。この結果、投写される画像に形成される暗線を目立ちにくくすることが可能である。
【００３１】
ここで、
前記複数の分割領域は、前記行方向に沿ってほぼ並ぶ各行の複数の部分光束がそれぞれ入射するように分割されていることが好ましい。
【００３２】
光束分割手段で分割された複数の部分光束のうちで、列方向に沿ってほぼ並ぶ部分光束は、色光合成手段の中心軸をスクリーン上のほぼ同じ位置に投影して暗線を形成する。一方、行方向に沿ってほぼ並んだ複数の部分光束は、色光合成手段の中心軸をスクリーン上の異なる位置に投影してそれぞれ暗線を形成する。したがって、このような行方向に沿ってほぼ並んだ複数の部分光束は、重畳レンズの同じ分割領域を通過しても、お互いの暗線形成に悪影響を及ぼすことがない。すなわち、上記のような構成にすれば、行方向にほぼ沿って並ぶ各行の複数の部分光束の照明領域毎に、列方向とは異なった方向にずらすことができる。
【００３３】
また、上記各場合において、
前記複数の分割領域の局所的中心線が、前記重畳レンズの中心から点対称の位置に配置されているようにしてもよい。
【００３４】
このようにしても、同様に、列方向に沿ってほぼ並んだ部分光束による照明領域を、複数の分割領域毎に列方向とは異なった方向にずらすことができる。
【００３５】
また、上記各場合において、
前記複数の分割領域は、複数の組に組分けされ、
同一の組に含まれる分割領域は同一の列方向位置に前記局所的中心線を有し、異なる組の分割領域は、異なる列方向位置に前記局所的中心線を有することが好ましい。
【００３６】
さらに、前記列方向にほぼ沿って並んだ部分光束の前記複数の組毎の光量の和がほぼ等しくなるように、前記複数の分割領域が組分けされていることが好ましい。
【００３７】
それぞれの組を通過する部分光束の光量が異なると、それぞれの組を通過する部分光束によって投影される色光合成手段の中心軸に相当する暗線の暗度もそれぞれ異なる。これらの暗線を目立たなくすることが本発明の目的であるが、人間は相対的な比較による光の識別能力が比較的高いため、暗線の暗度が異なることは、暗線を目立たなくさせるという意味からはあまり好ましくない。上記のように、それぞれの組を通過する部分光束の光量がほぼ等しければ、それぞれの組を通過する部分光束による暗線の暗度をほぼ等しくすることができる。
【００３８】
また、上記各場合において、
前記照明光学系は、さらに、
前記光束分割手段と前記重畳レンズとの間に設けられた偏光変換素子を備え、
前記偏光変換素子は、互いに平行な偏光分離膜と反射膜の複数の組を有し、前記複数の部分光束をそれぞれ２種類の直線偏光成分に分離する偏光ビームスプリッタアレイと、
前記偏光ビームスプリッタアレイで分離された前記２種類の直線偏光成分の偏光方向を揃える偏光変換手段と、を備えることが好ましい。
【００３９】
このようにすれば、ランダムな偏光光を有する照明光を一種類の直線偏光光に変換して利用できるので、光の利用効率を高めることができる。
【００４０】
第２の発明は、投写型表示装置であって、
第１の発明による照明光学系と、
前記被照明領域としての光入射面をそれぞれ有し、前記３色の光を与えられた画像信号に基づいてそれぞれ変調する３組の光変調手段と、
前記照明光を３色の光に分離するとともに、前記３組の光変調手段により変調された３色の光を合成して出射する色光分離合成手段と、
を備え、
前記色光分離合成手段は、Ｘ字状に配置された２種類のダイクロイック膜を備え、前記ダイクロイック膜が互いに交差する位置に相当する中心軸を前記第１の方向に沿って有すことを特徴とする。
【００４１】
第１の発明による照明光学系を投写型表示装置に用いることによって、第１の発明と同様に、投写された画像に形成される暗線を目立たなくすることができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図５は、この発明の第１実施例としての投写型表示装置の要部を示す概略平面図である。なお、以下の説明では、光の進行方向をｚ方向、光の進行方向（ｚ方向）からみて３時の方向をｘ方向、１２時の方向をｙ方向とする。この投写型表示装置は、照明光学系１００と、ダイクロイックミラー２１０，２１２と、反射ミラー２１８，２２２，２２４と、入射側レンズ２３０と、リレーレンズ２３２と、３枚のフィールドレンズ２４０，２４２，２４４と、３枚の液晶ライトバルブ（液晶パネル）２５０，２５２，２５４と、クロスダイクロイックプリズム２６０と、投写レンズ系２７０とを備えている。
【００４３】
照明光学系１００は、ほぼ平行な光束を出射する光源１１０と、第１のレンズアレイ１２０と、第２のレンズアレイ１３０と、重畳レンズ１５０と、反射ミラー１６０とを備えている。照明光学系１００は、被照明領域である３枚の液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４をほぼ均一に照明するためのインテグレータ光学系である。
【００４４】
光源１１０は、放射状の光線を出射する放射光源としての光源ランプ１１２と、光源ランプ１１２から出射された放射光をほぼ平行な光線束として出射する凹面鏡１１４とを有している。凹面鏡１１４としては、放物面鏡を用いることが好ましい。
【００４５】
第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０は、光束分割手段としての機能を有している。そのうち、第１のレンズアレイ１２０は、光源１１０からの出射光を複数の部分光束に分割するとともに、各部分光束を集光させる機能を有している。また、第２のレンズアレイ１３０は、各部分光束の中心軸をシステム光軸に平行に揃える機能を有している。また、偏光変換素子１４０は、入射された光束を所定の直線偏光光に変換する機能を有している。さらに、重畳レンズ１５０は、システム光軸に平行な中心軸を有する複数の部分光束を、所定の被照明領域（すなわち液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４）で重畳させる機能を有する。また、フィールドレンズ２４０，２４２，２４４は、照明領域を照明する各部分光束をそれぞれの中心軸に平行な光束に変換する機能を有する。
【００４６】
図６は、第１のレンズアレイ１２０の外観を示す斜視図である。第１のレンズアレイ１２０は略矩形状の輪郭を有する小レンズ１２２がＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。この例では、Ｍ＝６，Ｎ＝４である。第２のレンズアレイ１３０は、第１のレンズアレイ１２０の小レンズ１２２に対応するように、小レンズがＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。各小レンズ１２２は、光源１１０（図５）から出射された光束を複数の（すなわちＭ×Ｎ個の）部分光束に分割し、各部分光束を第２のレンズアレイ１３０の近傍で集光させる。各小レンズ１２２をｚ方向から見た外形形状は、液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４の表示領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。この実施例では、小レンズ１２２のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）は４：３に設定されている。
【００４７】
第２のレンズアレイ１３０は、各部分光束の中心軸をシステム光軸に平行に揃える機能を有している。光源部１１０から出射される光束がシステム光軸に平行な平行光であれば、第１のレンズアレイ１２０の小レンズ１２２から出射される部分光束もその中心軸がシステム光軸に平行であるため、第２のレンズアレイ１３０を省略することができる。しかし、光源１１０から、光の中心軸がシステム光軸に対してある角度をもった光が出射されると、小レンズ１２２から出射される部分光束の中心軸もシステム光軸に平行ではない。このような傾いた中心軸を有する部分光束は、本来照明すべき所定の領域、すなわち、液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４を照明することができない場合がある。このことは、投写型表示装置において、光の利用効率を低下させることになる。第２のレンズアレイ１３０は、このような光の中心軸がシステム光軸に対してある角度をもった部分光束が小レンズ１３２に入射された場合に、その中心軸をシステム光軸に平行となるように変換し、光の利用効率を向上させる。
【００４８】
図７は、偏光変換素子１４０（図５）の構成を示す説明図である。この偏光変換素子１４０は、偏光ビームスプリッタアレイ１４１と、選択位相差板１４２とを備えている。偏光ビームスプリッタアレイ１４１は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性板材１４３が、交互に貼り合わされた形状を有している。透光性板材１４３の界面には、偏光分離膜１４４と反射膜１４５とが交互に形成されている。なお、この偏光ビームスプリッタアレイ１４１は、偏光分離膜１４４と反射膜１４５が交互に配置されるように、これらの膜が形成された複数枚の板ガラスを貼り合わせて、所定の角度で斜めに切断することによって作製される。
【００４９】
第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０を通過した光は、偏光分離膜１４４でｓ偏光光とｐ偏光光とに分離される。ｐ偏光光は、偏光分離膜１４４をそのまま透過する。一方、ｓ偏光光は、ｓ偏光光の偏光分離膜１４４で反射され、さらに反射膜１４５で反射されて、偏光分離膜１４４をそのまま通過したｐ偏光光とほぼ平行な状態で出射される。選択位相差板１４２の偏光分離膜１４４を通過する光の出射面部分にはλ／２位相差層１４６が形成されており、反射膜１４５で反射された光の出射面部分にはλ／２位相差層が形成されていない。従って、偏光分離膜１４４を透過したｐ偏光光は、λ／２位相差層１４６によってｓ偏光光に変換されて出射する。この結果、偏光変換素子１４０に入射したランダムな偏光方向を有する光束は、ほとんどがｓ偏光光に変換されて出射する。もちろん反射膜１４５で反射される光の出射面部分だけに選択位相差板１４２のλ／２位相差層１４６を形成することにより、ｐ偏光光に変換して出射することもできる。
【００５０】
なお、図７（Ａ）から解るように、偏光変換素子１４０から出射する２つのｓ偏光光の中心（２つのｓ偏光光の中央）は、入射するランダムな光束（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）の中心よりもｘ方向にずれている。このずれ量は、λ／２位相差層１４６の幅Ｗｐ（すなわち偏光分離膜１４４のｘ方向の幅）の半分に等しい。このため、図５に示すように、光源１１０の光軸（２点鎖線で示す）は、偏光変換素子１４０以降のシステム光軸（一点鎖線で示す）から、Ｗｐ／２に等しい距離Ｌだけずれた位置に設定されている。
【００５１】
図５に示す投写型表示装置において、光源１１０から出射された平行光束は、インテグレータ光学系を構成する第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０によって、複数の部分光束に分割される。第１のレンズアレイ１２０の各小レンズ１２２から出射された部分光束は、小レンズ１２２の集光作用によって偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４の近傍で光源１１０の光源像（２次光源像）が形成されるように集光される。また、既に説明したように、偏光変換素子１４０に入射した部分光束は、偏光分離膜１４４および反射膜１４５によって、２つの偏光光に分離される。したがって、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４上に２次光源像がほぼ形成されるとともに、実効的には反射膜１４５上にも２次光源像が形成されているとみなすことができる。つまり、偏光変換素子１４０内には、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０を通過した部分光束の２倍の数の２次光源像が、偏光分離膜１４４上および反射膜１４５上の対応する各位置に形成される。
【００５２】
重畳レンズ１５０（図５）は、偏光変換素子１４０内に形成された２次光源像から出射された部分光束を重畳させて、被照明領域である液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４に集光させる重畳光学系としての機能を有する。また、反射ミラー１６０は、重畳レンズ１５０から出射された光束をダイクロイックミラー２１０の方向に反射する機能を有するが、装置の構成によっては、必ずしも必要とされるものではない。上記の結果、各液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４は、ほぼ均一に照明される。
【００５３】
２枚のダイクロイックミラー２１０，２１２は、重畳レンズ１５０で集光された白色光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する色光分離手段としての機能を有する。第１のダイクロイックミラー２１０は、照明光学系１００から出射された白色光束の赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１のダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光は、反射ミラー２１８で反射され、フィールドレンズ２４０を通って赤光用の液晶ライトバルブ２５０に達する。このフィールドレンズ２４０は、第２のレンズアレイ１３０から出射された各部分光束をその中心軸に対して平行な光束に変換する。他の液晶ライトバルブの前に設けられたフィールドレンズ２４２，２４４も同様である。第１のダイクロイックミラー２１０で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー２１２によって反射され、フィールドレンズ２４２を通って緑光用の液晶ライトバルブ２５２に達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー２１２を透過し、入射側レンズ２３０、リレーレンズ２３２および反射ミラー２２２，２２４を備えたリレーレンズ系を通り、さらにフィールドレンズ（出射側レンズ）２４４を通って青色光用の液晶ライトバルブ２５４に達する。なお、青色光にリレーレンズ系が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ２３０に入射した部分光束をそのまま、出射側レンズ２４４に伝えるためである。
【００５４】
３枚の液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４は、与えられた画像情報（画像信号）に従って、３色の色光をそれぞれ変調して画像を形成する光変調手段としての機能を有する。クロスダイクロイックプリズム２６０は、３色の色光を合成してカラー画像を形成する色光合成手段としての機能を有する。なお、クロスダイクロイックプリズム２６０の構成は、図１９および図２０で説明したものと同じである。すなわち、クロスダイクロイックプリズム２６０には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム２６０で生成された合成光は、投写レンズ系２７０の方向に出射される。投写レンズ系２７０は、この合成光を投写スクリーン３００上に投写して、カラー画像を表示する投写光学系としての機能を有する。
【００５５】
さて、図５に示す第１実施例の投写型表示装置は、重畳レンズ１５０に特徴がある。図８は、第１実施例における重畳レンズ１５０を示す説明図である。正面図は、重畳レンズ１５０を光の進行方向（ｚ方向）からみた図である。この重畳レンズ１５０は、図の点線で示した１枚の球面レンズを水平方向（ｘ方向）の複数の境界に沿って分割し、これらの複数の分割レンズ１５０ａ〜１５０ｆを、レンズ全体の中心線ＬＣに対して行毎にずらしたものと等価な構成を有するレンズである。但し、実際には、型成形によって図８に示す形状のレンズが一体として作製される。各分割レンズ１５０ａ〜１５０ｆには、第２のレンズアレイ１３０の各行を通過した部分光束が入射する。上から第１行目および第４行目の分割レンズ１５０ａ、１５０ｄの中心線の位置は、重畳レンズ１５０の中心線ＬＣに対して−ｘ方向に△ｘ１だけずれている。ここで、「分割レンズの中心線」とは分割レンズのｘ方向に沿った分割境界線に垂直な位置関係にある等高線の稜線を言い、分割レンズの局所的中心線とも呼ぶ。「重畳レンズの中心線」とはレンズ全体の形状的、幾何学的な中心線を言う。上から第２行目および第５行目の分割レンズ１５０ｂ、１５０ｅの中心線は、重畳レンズ１５０の中心線ＬＣ上に位置している。上から第３行目および第６行目の分割レンズ１５０ｃ、１５０ｆの中心線の位置は、重畳レンズ１５０の中心線ＬＣに対して＋ｘ方向に△ｘ２だけずれている。また、第１組の分割レンズ１５０ａ，１５０ｄと、第２組の分割レンズ１５０ｂ，１５０ｅの中心線が、重畳レンズ１５０の中心線ＬＣに対してほぼ対称な位置に配置されるように、△ｘ１と△ｘ２はほぼ等しい値に設定されている。ただし、ずらし量△ｘ１と△ｘ２は必ずしも等しくする必要はない。
【００５６】
図９、１０、１１は、第１実施例における重畳レンズ１５０の機能を示す説明図である。図９は第２行目の分割レンズ１５０ｂを通過する部分光束の光路を示しており、図１０は第３行目の分割レンズ１５０ｃを通過する部分光束の光路を、図１１は第１行目の分割レンズ１５０ａを通過する部分光束の光路を示している。なお、説明を理解し易くするため、光源部１１０から液晶ライトバルブ２５２までの光路上の主要部のみを示している。また、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０の第１列目に着目して説明する。
【００５７】
図９において、光源部１１０から出射され第１のレンズアレイ１２０の第２行目の小レンズ１２２によって分割された部分光束４５６は、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４上にほぼ集光される。集光された部分光束４５６のうち、偏光分離膜１４４をそのまま通過した部分光束４５６ａは、重畳レンズ１５０の分割レンズ１５０ｂの集光作用によって液晶ライトバルブ２５２の光の入射面である被照明領域２５２ａ上の４５６ｌａの位置に重畳される。また、偏光分離膜１４４で反射され、さらに反射膜１４５で反射された部分光束４５６ｂも、同様に被照明領域２５２ａ上の４５６ｌａの位置に重畳される。
【００５８】
図１０において、光源部１１０から出射され第１のレンズアレイ１２０の第３行目の小レンズ１２２によって分割された部分光束４５７も、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４上にほぼ集光される。集光された部分光束４５７のうち、偏光分離膜１４４をそのまま通過した部分光束４５７ａは、重畳レンズ１５０の分割レンズ１５０ｃの集光作用によって液晶ライトバルブ２５２の光の入射面である被照明領域２５２ａ上の４５７ｌａの位置に重畳される。また、偏光分離膜１４４で反射され、さらに反射膜１４５で反射された部分光束４５７ｂも、同様に被照明領域２５２ａ上の４５７ｌａの位置に重畳される。ここで、分割レンズ１５０ｂは分割レンズの中心線の位置が重畳レンズ１５０の中心線ＬＣ（図８）上にあるのに対し、分割レンズ１５０ｃは分割レンズの中心線の位置が重畳レンズ１５０の中心線ＬＣ（図８）に対して＋ｘ方向にずれている。したがって、分割レンズ１５０ｃから出射される２つの部分光束４５７ａ，４５７ｂが重畳される位置４５７ｌａは、分割レンズ１５０ｂから出射される２つの部分光束４５６ａ，４５６ｂが重畳される位置４５６ｌａに対し＋ｘ方向にずれている。
【００５９】
図１１において、光源部１１０から出射され第１のレンズアレイ１２０の第１行目の小レンズ１２２によって分割された部分光束４５８も、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４上にほぼ集光される。集光された部分光束４５８のうち、偏光分離膜１４４をそのまま通過した部分光束４５８ａは、重畳レンズ１５０の分割レンズ１５０ａの集光作用によって液晶ライトバルブ２５２の光の入射面である被照明領域２５２ａ上の４５８ｌａの位置に重畳される。また、偏光分離膜１４４で反射され、さらに反射膜１４５で反射された部分光束４５８ｂも、同様に被照明領域２５２ａ上の４５８ｌａの位置に重畳される。ここで、分割レンズ１５０ｂは分割レンズの中心線の位置が重畳レンズ１５０の中心線ＬＣ（図８）上にあるのに対し、分割レンズ１５０ａは分割レンズの中心線の位置が重畳レンズ１５０の中心線ＬＣ（図８）から−ｘ方向にずれている。したがって、分割レンズ１５０ａから出射される２つの部分光束４５８ａ，４５８ｂが重畳される位置４５８ｌａは、分割レンズ１５０ｂから出射される２つの部分光束４５６ａ，４５６ｂが重畳される位置４５６ｌａに対し−ｘ方向にずれている。
【００６０】
なお、重畳レンズ１５０の第５行目の分割レンズ１５０ｅ、第６行目の分割レンズ１５０ｆ、第４行目の分割レンズ１５０ｄを通過する部分光束の光路は、それぞれ図９、図１０、図１１と同様となる。すなわち、図９ないし図１１に示したように、第２のレンズアレイ１３０の同じ列方向を通過した部分光束は、重畳レンズ１５０の分割レンズ１５０ａないし１５０ｆによって、それぞれ異なった３つの位置４５６ｌａ，４５７ｌａ，４５８ｌａに重畳されることになる。
【００６１】
図１２は、液晶ライトバルブ２５２上に、第２のレンズアレイ１３０を通過した部分光束が重畳レンズ１５０によって重畳される様子を示す概念図である。なお、この図は、液晶ライトバルブ２５２を重畳レンズ１５０側から見た図であり、分割レンズ１５０ｂ，１５０ｅを通過する部分光束が重畳される位置４５６ｌａを実線で示し、分割レンズ１５０ｃ，１５０ｆを通過する部分光束が重畳される位置４５７ｌａを点線で示し、分割レンズ１５０ａ，１５０ｄを通過する部分光束が重畳される位置４５８ｌａを一点鎖線で示している。また、重畳位置４５６ｌａ，４５７ｌａ，４５８ｌａのｙ方向のずれについては、それぞれの位置の相違を明確にするためにずらして描かれているだけであり、実際はほとんどずれが無い。図から解るように、重畳位置４５６ｌａに対して重畳位置４５７ｌａは＋ｘ方向に、重畳位置４５８ｌａは−ｘ方向にそれぞれずれている。ここで、重畳位置４５６ｌａ，４５７ｌａ，４５８ｌａのｘ方向の位置がずれると、液晶ライトバルブ２５２の両端部に照明むらが生じるが、実際には投写に用いられる有効な領域２５３が液晶ライトバルブ２５２の外形よりもひとまわり小さく設定されており、他の部分は投写されないため問題ない。
【００６２】
図１３は、重畳レンズ１５０の分割レンズ１５０ａないし１５０ｃから出射された各部分光束４５６ａ，４５６ｂ，４５７ａ，４５７ｂ，４５８ａ，４５８ｂの中心軸が、クロスダイクロイックプリズム２６０を通過する様子を示す説明図である。なお、説明を理解し易くするため、説明に必要のない部分は省略している。各部分光束は、被照明領域２５２ａ上の互いに異なる位置に重畳されるため、第２のレンズアレイ１３０の第２行第１列目の小レンズ１３２を通過した部分光束の中心軸４５６ｃｌａと、第３行第１列目の小レンズ１３２を通過した部分光束の中心軸４５７ｃｌａと、第１行第１列目の小レンズ１３２を通過した部分光束の中心軸４５８ｃｌａとは、クロスダイクロイックプリズム２６０の中心軸２６２に対して異なる位置をそれぞれ通過する。先に、第１の原理として述べたように、クロスダイクロイックプリズム２６０の中心軸２６２に対する部分光束の中心軸の位置が異なれば暗線の形成される位置も異なることになる。よって、同じ列方向に並ぶＭ個の小レンズを通過する部分光束のそれぞれにより形成される暗線が１ヶ所に集中することがなく、暗線を目立ちにくくすることが可能となる。また、上記の説明では、第２のレンズアレイ１３０を通過した部分光束のうち、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４を通過した部分光束について説明しているが、対応する反射膜１４５で反射された部分光束の中心軸４５６ｃｌｂ，４５７ｃｌｂ，４５８ｃｌｂについても、同様に、クロスダイクロイックプリズム２６０の中心軸２６２に対して異なる位置をそれぞれ通過する。したがって、同じ列方向に並ぶＭ個の小レンズを通過する部分光束のそれぞれにより形成される暗線が１ヶ所に集中することがなく、暗線を目立ちにくくすることが可能となる。なお、反射膜で反射された部分光束の中心軸４５６ｃｌｂ，４５７ｃｌｂ，４５８ｃｌｂは、偏光分離膜１４４を通過した部分光束の中心軸間隔の中間を通過する。
【００６３】
次に、重畳レンズ１５０の各分割レンズ１５０ａないし１５０ｆのずらし方について説明する。図１４は、重畳レンズ１５０の中心線ＬＣに対する各分割レンズ１５０ａないし１５０ｆの中心線の位置とそれぞれを通過する部分光束の光量との関係について示す説明図である。図１４（Ａ）は、光源部１１０から出射される光の光量分布について示している。また、図１４（Ｂ）は、光の進行方向から重畳レンズ１５０をみた正面図を示している。図１４（Ａ）に示すように、光源部１１０は、一般的にランプ光源１１２の光軸中心近傍が最も明るく、光軸中心から離れるに従って暗くなる。すなわち、第１、第２のレンズアレイ１２０、１３０および重畳レンズ１５０を通過する部分光束の明るさは、図１４（Ｂ）に示すように、行方向に着目し第２、５行目の明るさを中ぐらいと仮定すると、第３、４行目の明るさは大きく、第１、６行目は小さくなる。
【００６４】
ところで、すでに説明したように、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０および重畳レンズ１５０を通過した部分光束のうち同じ列方向の部分光束は、重畳レンズ１５０のｙ方向に沿ったレンズ全体の中心線ＬＣに対して、分割レンズの中心線の位置が−ｘ方向にずれた第１行と第４行の組、分割レンズの中心線の位置がレンズ全体の中心線ＬＣと同じ第２行と第５行の組、分割レンズの中心線の位置が＋ｘ方向にずれた第３行と第６行の組毎に、スクリーン上の同じ位置に暗線を形成する。それぞれの組を通過する部分光束の光量が異なると、形成された３本の暗線の暗度もそれぞれ異なることになる。人間は相対的な比較による光の識別能力が比較的高いため、複数の暗線の暗度が互いに異なると、暗線が目立ちやすくなる傾向にある。そこで、それぞれの組を通過する部分光束の光量が等しくなるように、レンズの中心線ＬＣに対して各分割レンズの中心線の位置を決めれば、それぞれの組を通過する部分光束による３本の暗線の暗度をほぼ等しくすることができる。
【００６５】
したがって、本実施例では、図１４（Ｂ）に示すように、第１行目と第４行目を第１組とし、第２行目と第５行目を第２組、第３行目と第６行目を第３組として、それぞれの組の分割レンズの中心線の位置が重畳レンズの中心線ＬＣに対して−ｘ方向、中心線ＬＣ上、＋ｘ方向の３位置にずれるように配置した。この結果、ほぼ等しい暗さの暗線が３ヶ所に分離して形成されるため、暗線を目立ちにくくすることが可能となる。
【００６６】
なお、重畳レンズ１５０の各分割レンズ１５０ａないし１５０ｆの中心線の位置については、第２のレンズアレイ１３０や、偏光変換素子１４０、重畳レンズ１５０、フィールドレンズ２４０，２４２，２４４、液晶ライトバルブ２５０，２５３，２５４、クロスダイクロイックプリズム２６０の中心軸２６２等の光学的な関係、および幾何学的な関係から計算によって求めることができる。また、実験的に求めることもできる。このとき、各分割レンズ１５０ａないし１５０ｆの中心線の位置は、それぞれの分割レンズから出射される部分光束によって発生する暗線どうしが重なり合わないように設定されていることが好ましい。特に、分割レンズの中心線が重畳レンズの中心線ＬＣと一致している分割レンズ（分割レンズ１５０ｂ，１５０ｃ）を通過する部分光束によって発生する暗線の間隔のちょうど中間に、分割レンズの中心線が重畳レンズの中心線ＬＣに対してずれている分割レンズ（分割レンズ１５０ａ，１５０ｃ，１５０ｄ，１５０ｆ）を通過する部分光束による暗線が発生するように設定されていることが好ましい。こうすれば、各分割レンズから出射される部分光束によって発生する暗線が重ならず、かつ暗線の間隔を最も広い間隔とすることができ、最も暗線が目立ちにくい状態となる。
【００６７】
本実施例では、レンズ全体の中心線ＬＣに対する分割レンズの中心線の位置のずらし量を、３種類に設定しているが、もっと多くの種類のずらし量、例えば、分割レンズ毎に異なったずらし量を設定してもよい。また、本実施例では、重畳レンズの中心線ＬＣに対して対称位置にずらすように、ずらし量△ｘ１と△ｘ２を等しい値に設定しているが、これに限定されず、非対称位置にずらすようにしてもよい。すなわち、同じ列方向に存在する小レンズから出射される部分光束のそれぞれにより形成される暗線が１ヶ所に集中しなようにすることができればよく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。以下で、他の実施例について説明する。
【００６８】
Ｂ．第２実施例：
図１５は、第２実施例の重畳レンズ１５０Ａを示している。図１５（Ａ）に示す重畳レンズ１５０Ａは、図８に示す重畳レンズ１５０の各分割レンズの中心線の位置のずらし方を変えたものである。すなわち、上から第１行目の分割レンズ１５０ａと第３行目の分割レンズ１５０ｃと第５行目の分割レンズ１５０ｅの中心線の位置は、中心線ＬＣに対して−ｘ方向に△ｘ１だけずれている。上から第２行目の分割レンズ１５０ｂと第４行目の分割レンズ１５０ｄと第６行目の分割レンズ１５０ｆの中心線の位置は、中心線ＬＣに対して＋ｘ方向に△ｘ２だけずれている。また、本実施例においても、第１実施例と同様に、各分割レンズの中心線が重畳レンズ１５０Ａの中心線ＬＣに対してほぼ対称な位置に配置されるように、ずらし量△ｘ１と△ｘ２は等しい値に設定されている。ただし、第１実施例と同様に、ずらし量△ｘ１と△ｘ２は必ずしも等しくする必要はない。なお、この重畳レンズ１５０Ａを図５に示す投写型表示装置に適用した場合、図１５（Ｂ）に示すように、第１，第３，第５行目の分割レンズを通過した部分光束が被照明領域上に重畳される位置と、第２，第４，第６行目の分割レンズを通過した部分光束が被照明領域上に重畳される位置とは、互いに異なっている。したがって、この場合にも、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ１３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束により形成される暗線は異なる位置に分離して形成されるため、重畳レンズ１５０を適用した場合に比べて暗線の分離数が少なくなるが、同様に暗線を目立ちにくくすることが可能となる。
【００６９】
Ｃ．第３実施例：
図１６は、第３実施例の重畳レンズ１５０Ｂを示している。図１６（Ａ）に示す重畳レンズ１５０Ｂは、図の点線で示した１枚の球面レンズを上部と下部の２つの分割領域に等分割し、分割レンズ１５０ｇの中心線を重畳レンズ１５０Ｂの中心線ＬＣに対して−ｘ方向に△ｘ１、分割レンズ１５０ｈの中心線を重畳レンズ１５０Ｂの中心線ＬＣに対して＋ｘ方向に△ｘ２ずれた位置に配置した構成を有するレンズである。また、分割レンズ１５０ｇ，１５０ｈの中心線の位置が中心線ＬＣに対してほぼ対称に配置されるように、ずらし量△ｘ１と△ｘ２はほぼ等しい値に設定されている。なお、この重畳レンズ１５０Ｂを図５に示す投写型表示装置に適用した場合、図１６（Ｂ）に示すように、上部の分割レンズ１５０ｇを通過した部分光束が被照明領域上に重畳される位置と、下部の分割レンズ１５０ｈを通過した部分光束が被照明領域上に重畳される位置とは、互いに異なっている。したがって、この場合にも、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ１３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束により形成される暗線は異なる位置に分離して形成されるため、重畳レンズ１５０を適用した場合に比べて暗線の分離数が少なくなるが、同様に暗線を目立ちにくくすることが可能となる。また、この場合には、通常の球面形状の重畳レンズが上下行方向で２つの領域に分割されているだけであるため、重畳レンズ１５０に比べて容易に重畳レンズ１５０Ｂを構成することが可能である。
【００７０】
なお、ずらし量△ｘ１と△ｘ２は必ずしも等しくする必要はない。例えば、分割レンズ１５０ｇまたは１５０ｈのどちらか一方のみが中心線ＬＣに対してずれているようにしてもよい。
【００７１】
Ｄ．第４実施例：
第１ないし第３実施例は、重畳レンズをほぼ等間隔に分割しているが、これに限定されるものではない。図１７は、第４実施例の重畳レンズ１５０Ｄを示している。図１７（Ａ）に示す重畳レンズ１５０Ｃは、大きさの異なる２種類の分割レンズ１５０ｉ，１５０ｊ，１５０ｋ，１５０ｌで構成され、分割レンズ１５０ｊと１５０ｋの中心線の位置が重畳レンズの中心線ＬＣに対して互いにずれているものである。分割レンズ１５０ｉは、第１実施例（図８）の第１行目と第２行目の分割レンズ１５０ａ，１５０ｂに相当し、分割レンズ１５０ｌは、第１実施例の第５行目と第６行目の分割レンズ１５０ｅ，１５０ｆに相当する。また、分割レンズ１５０ｊと１５０ｋは、第１実施例の分割レンズ１５０ｃと１５０ｄに相当する。この重畳レンズ１５０Ｃは、図１４を用いて説明した光量が比較的多い光軸付近の部分光束が重畳される位置をずらすように設定されたものである。また、分割レンズ１５０ｊ，１５０ｋの中心線の位置が中心線ＬＣに対してほぼ対称に配置されるように、それぞれのずらし量△ｘ２と△ｘ１はほぼ等しい値に設定されている。ただし、上記各実施例と同様に、ずらし量△ｘ１と△ｘ２は必ずしも等しくする必要はない。
【００７２】
なお、この重畳レンズ１５０Ｃを図５に示す投写型表示装置に適用した場合、図１７（Ｂ）に示すように、分割レンズ１５０ｊを通過した部分光束が被照明領域上に重畳される位置は、分割レンズ１５０ｉ，１５０ｌを通過した部分光束が被照明領域上に重畳される位置に対して＋ｘ方向にずれる。分割レンズ１５０ｋを通過した部分光束が被照明領域上に重畳される位置は、分割レンズ１５０ｉ，１５０ｌを通過した部分光束が被照明領域上に重畳される位置に対して−ｘ方向にずれる。したがって、この場合にも、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ１３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束により形成される暗線が異なる位置に分離して形成されるため、同様に暗線を目立ちにくくすることが可能となる。ただし、この場合には、被照明領域上に重畳されるそれぞれの照明領域毎にその照明光の明るさが異なる可能性があるため、暗線の暗度も異なる場合がある。
【００７３】
Ｅ．第５実施例：
図１８は、第５実施例の重畳レンズ１５０Ｄを示している。図１８（Ａ）に示す重畳レンズ１５０Ｄは、第１実施例の重畳レンズ１５０の外周を円形に整形したものとほぼ同様な形状を有している。したがって、その機能は、重畳レンズ１５０と同様である。すなわち、図１８（Ｂ）に示すように、第１行目と第４行目の区分レンズ１５０ａ’，１５０ｄ’を通過した部分光束が重畳される位置は、第２行目と第５行目の区分レンズ１５０ｂ’，１５０ｅ’を通過した部分光束が重畳される位置に対して−ｘ方向にずれる。また、第３行目と第６行目の区分レンズ１５０ｄ’，１５０ｆ’を通過した部分光束が重畳される位置は、第２行目と第５行目の区分レンズ１５０ｂ’，１５０ｅ’を通過した部分光束が重畳される位置に対して＋ｘ方向にずれる。したがって、この場合にも、第１実施例と同様に、同じ列方向に並ぶ第２のレンズアレイ１３０のＭ個の小レンズを通過する部分光束により形成される暗線が異なる位置に分離して形成されるため、暗線を目立ちにくくすることが可能となる。
【００７４】
なお、第２実施例ないし第４実施例の重畳レンズ１５０Ａ〜１５０Ｃの外周を円形に成形したものとほぼ同様な形状を有する重畳レンズであってもよい。
【００７５】
また、本実施例は、他の実施例に比べて、重畳レンズを一体成型によって作製することが容易であるという利点や、小型化が可能であるという利点を有している。
【００７６】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７７】
（１）上記実施例では、偏光変換素子を備えた投写型表示装置を例に説明しているが、偏光変換素子を備えない投写型表示装置においても同様に適用可能である。
【００７８】
（２）上記実施例では、透過型の投写型表示装置に本発明を適用した場合の例について説明したが本発明は、反射型の投写型表示装置にも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶ライトバルブ等の光変調手段が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、光変調手段が光を反射するタイプであることを意味している。反射型の投写型表示装置では、クロスダイクロイックプリズムは、白色光を赤、緑、青の３色の光に分離する色光分離手段として利用されると共に、変調された３色の光を再度合成して同一の方向に出射する色光合成手段としても利用される。反射型の投写型表示装置にこの発明を適用した場合にも、透過型の投写型表示装置とほぼ同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】クロスダイクロイックプリズムを用いた投写型表示装置にインテグレータ光学系を採用した場合の、暗線発生原理を説明する図。
【図２】第１と第２のレンズアレイ１，２の外観を示す斜視図。
【図３】図１（Ａ−１）の一部拡大図、及び、クロスダイクロイックプリズム４の中心軸５を含むｘｙ平面における断面図。
【図４】２つのレンズアレイ１，２のＮ列目の小レンズを通過した部分光束が投写スクリーン７上に投写される様子を示す概念図。
【図５】この発明の第１実施例としての投写型表示装置の要部を示す概略平面図。
【図６】第１のレンズアレイ１２０の外観を示す斜視図。
【図７】偏光変換素子１４０の構成を示す説明図。
【図８】第１実施例における重畳レンズ１５０を示す説明図。
【図９】第１実施例における重畳レンズ１５０の機能を示す説明図。
【図１０】第１実施例における重畳レンズ１５０の機能を示す説明図。
【図１１】第１実施例における重畳レンズ１５０の機能を示す説明図。
【図１２】液晶ライトバルブ２５２上に、第２のレンズアレイ１３０を通過した部分光束が重畳レンズ１５０によって重畳される様子を示す概念図。
【図１３】重畳レンズ１５０の分割レンズ１５０ａないし１５０ｃから出射された各部分光束４５６ａ，４５６ｂ，４５７ａ，４５７ｂ，４５８ａ，４５８ｂの中心軸が、クロスダイクロイックプリズム２６０を通過する様子を示す説明図。
【図１４】重畳レンズ１５０の中心線に対する各分割レンズ１５０ａないし１５０ｆの中心線の位置とそれぞれを通過する部分光束の光量との関係について示す説明図。
【図１５】第２実施例の重畳レンズ１５０Ａを示す説明図。
【図１６】第３実施例の重畳レンズ１５０Ｂを示す説明図。
【図１７】第４実施例の重畳レンズ１５０Ｃを示す説明図。
【図１８】第５実施例の重畳レンズ１５０Ｄを示す説明図。
【図１９】投写型表示装置の要部を示す概念図。
【図２０】クロスダイクロイックプリズム４８の一部を分解した斜視図。
【図２１】クロスダイクロイックプリズム４８を利用した場合の問題点を示す説明図。
【符号の説明】
１…第１のレンズアレイ
２…第２のレンズアレイ
３…液晶ライトバルブ
４…クロスダイクロイックプリズム
５…中心軸
６…投写レンズ系
７…投写スクリーン
８…部分光束の断面
９…投写領域
１０…小レンズ
１１…部分光束の断面８の一方の端
１２…部分光束の断面８の他方の端
１３…投写領域９の一方の端
１４…投写領域９の他方の端
１５…平行化レンズ
４２，４４，４６…液晶ライトバルブ
４８…クロスダイクロイックプリズム
４８ａ…中心軸
５０…投写レンズ系
５２…投写スクリーン
６０Ｂ…青色光反射膜
６０Ｒ…赤色光反射膜
６２…光学接着剤層
１００…照明光学系
１１０…光源
１１２…光源ランプ
１１４…凹面鏡
１２０…第１のレンズアレイ
１２２…小レンズ
１３０…第２のレンズアレイ
１３２…小レンズ
１４０…偏光変換素子
１４１…偏光ビームスプリッタアレイ
１４２…選択位相差板
１４３…透光性板材
１４４…偏光分離膜
１４５…反射膜
１４６…λ／２位相差層
１５０…重畳レンズ
１５０Ａ…重畳レンズ
１５０Ｂ…重畳レンズ
１５０Ｃ…重畳レンズ
１５０Ｄ…重畳レンズ
１５０ａ〜１５０ｆ…分割レンズ
１５０ａ’〜１５０ｆ’…区分レンズ
１５０ｇ…分割レンズ
１５０ｈ…分割レンズ
１５０ｉ…分割レンズ
１５０ｊ…分割レンズ
１５０ｋ…分割レンズ
１５０ｌ…分割レンズ
１６０…反射ミラー
２１０，２１２…ダイクロイックミラー
２１８，２２２，２２４…反射ミラー
２３０…入射側レンズ
２３２…リレーレンズ
２４０，２４２…フィールドレンズ
２４４…出射側レンズ（フィールドレンズ）
２５０，２５２，２５４…液晶ライトバルブ
２５２ａ…被照明領域
２５３…投写に用いられる有効な領域２５３
２６０…クロスダイクロイックプリズム
２６２…中心軸
２６４…中心平面
２７０…投写レンズ系
３００…投写スクリーン
４５６ｌａ，４５７ｌａ，４５８ｌａ…重畳位置（照明領域）

Claims (7)

1. 照明光を出射する照明光学系であって、
   光源から出射される光束を行方向および列方向の複数の部分光束に分割する光束分割手段と、
   前記複数の部分光束を、それぞれ被照明領域上の照明位置でほぼ重畳結合する重畳レンズと、
   を備え、
   前記重畳レンズは、
   前記行方向にほぼ沿った少なくとも１つの領域境界で複数の分割領域に分割され、
   前記複数の分割領域のうち、少なくとも１つの領域境界に隣接する２つの分割領域は、前記行方向における各分割領域の局所的中心線の位置が、互いに異なることを特徴とする
   照明光学系。
2. 請求項１記載の照明光学系であって、
   前記複数の分割領域は、前記行方向に沿ってほぼ並ぶ各行の複数の部分光束がそれぞれ入射するように分割されていることを特徴とする
   照明光学系。
3. 請求項１または２記載の照明光学系であって、
   前記複数の分割領域の局所的中心線が、前記重畳レンズの中心から点対称の位置に配置されていることを特徴とする
   照明光学系。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の照明光学系であって、
   前記複数の分割領域は、複数の組に組分けされ、
   同一の組に含まれる分割領域は同一の列方向位置に前記局所的中心線を有し、
   異なる組の分割領域は、異なる列方向位置に前記局所的中心線を有することを特徴とする
   照明光学系。
5. 請求項４記載の照明光学系であって、
   前記列方向にほぼ沿って並んだ部分光束の前記複数の組毎の光量の和がほぼ等しくなるように、前記複数の分割領域が組分けされていることを特徴とする
   照明光学系。
6. 請求項１ないし５のずれかに記載の照明光学系であって、
   前記照明光学系は、さらに、
   前記光束分割手段と前記重畳レンズとの間に設けられた偏光変換素子を備え、
   前記偏光変換素子は、互いに平行な偏光分離膜と反射膜の複数の組を有し、前記複数の部分光束をそれぞれ２種類の直線偏光成分に分離する偏光ビームスプリッタアレイと、
   前記偏光ビームスプリッタアレイで分離された前記２種類の直線偏光成分の偏光方向を揃える偏光変換手段と、を備えることを特徴とする
   照明光学系。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の照明光学系と、
   前記被照明領域としての光入射面をそれぞれ有し、前記３色の光を与えられた画像信号に基づいてそれぞれ変調する３組の光変調手段と、
   前記照明光を３色の光に分離するとともに、前記３組の光変調手段により変調された３色の光を合成して出射する色光分離合成手段と、
   を備え、
   前記色光分離合成手段は、Ｘ字状に配置された２種類のダイクロイック膜を備え、前記ダイクロイック膜が互いに交差する位置に相当する中心軸を前記第１の方向に沿って有すことを特徴とする
   投写型表示装置。

Images