JP4122594B2 - 光学装置、並びに、それを用いたプロジェクタ装置、リアプロジェクタ装置及びマルチプロジェクタ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学装置、並びに、それを用いたプロジェクタ装置、リアプロジェクタ装置及びマルチプロジェクタ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大画面の画像表示装置としてプロジェクタ装置が注目されている。小型で高精細・高輝度のＣＲＴを用いたＣＲＴプロジェクタ装置、液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ装置、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いたＤＭＤプロジェクタ装置等が製品化されている。中でもＤＭＤはディジタル駆動素子であるため原理的にコンピュータ情報の表示、ディジタルテレビ放送との相性が良く、現在もっとも期待されているプロジェクタ装置用ライトバルブの一つである。
【０００３】
まず、ＤＭＤの構造を説明する。ＤＭＤは半導体の製造技術を用い、シリコン基板上に例えば１６μｍ×１６μｍの微小なミラーを多数配列し、これらを電気的に制御することにより入射光の反射方向をミラー毎にコントロールするもので、各微小ミラーが画素に相当し、投写レンズを介してスクリーンに投写することによって映像情報を表示する。図１８は、２ピクセルのＤＭＤ素子の構成を示す斜視図である。図において５１０、５１１はマイクロミラーで、素子６００の法線からそれぞれ＋１０度あるいは−１０度に傾いているところを示している。
【０００４】
マイクロミラー５１０、５１１の表面にはアルミニウムが蒸着され、高い反射率を持つ例えば正方形のミラーとして作用する。このマイクロミラーを傾ける角度により光が反射する方向を切り替え、さらに切り替え時間の調整により階調表現が実現できる。このようなマイクロミラーが所定のフォーマットに従って、例えば４８０×６４０、６００×８００というように２次元配列されライトバルブとして構成される。ＤＭＤの詳細については、Larry J. Hornbeck, ”Digital Light Processing for High-Brightness, High-Resolution Applications.”, SPIE Vol.３0１３, pp.２7-４0,等に詳しく紹介されているので、ここではこれ以上の詳しい説明は省略する。
【０００５】
次に、ＤＭＤをライトバルブとして用いたビデオプロジェクタの光学系の原理を図１９で説明する。図１９は単板式ＤＭＤプロジェクタ装置によるＤＭＤの表示原理を説明する概念図であり、１５０はメタルハライドランプなどの光源、６０１はＤＭＤ、このうち５１２、５１３は＋１０度に回転したマイクロミラー、５１４は−１０度に回転したマイクロミラーを拡大して概念的に示している。また、６０２は不要光を吸収する光アブソーバ、８０は投写レンズである。図１９において光源１５０から出射された光は、ＤＭＤ６０１の法線方向から＋２０度傾いた方向からＤＭＤ素子に入射される。−１０度に回転したマイクロミラー５１４の反射光は投写レンズから外れて光アブソーバ６０２に吸収され、図示しないスクリーン上では黒点の画素となる。一方、＋１０度に回転したマイクロミラー５１２、５１３の反射光は投写レンズで集光されてスクリーン上で明点の画素となり、ＤＭＤ６０１上のマイクロミラー像がスクリーンに映像として拡大投写される。なお、回転カラーフィルタを光路中に配置した単板式プロジェクタ装置や、ダイクロイックプリズムやダイクロイックフィルタを配列して、ＲＧＢ３原色に分解して各色毎に変調する３板式のプロジェクタ装置などにより、カラー画像の表示を行なうことも可能である。
【０００６】
さて、以上に述べたＤＭＤの動作原理から明らかなように、ＤＭＤを照明する際の最も特徴的な条件は、被照明面の法線方向から所定の角度をもって照明光を入射させなければならないということである。図２０はＤＭＤを用いてカラー画像を表示する従来のカラー画像表示装置を示す模式的構成図であり、例えば特開平１０−０３９２４０号に開示されている。図２０において、６０３はＤＭＤ、５１５、５１６はＤＭＤを構成するマイクロミラー、１５１は平行白色光を出射する平行白色光源、４００は入射角度に対応して特定波長の透過光を生じさせる光学薄膜、８００は結像レンズ、９００はスクリーンである。
【０００７】
ここで最も注目すべきは、ＤＭＤ６０３に対する平行白色光源１５１の配置であり、ＤＭＤ６０３の２次元配列された各ミラーに平行白色光を入射させるべく、平行白色光源１５１はＤＭＤ６０３に対して所定の角度α１だけ傾いた方向に配置されている。ＤＭＤ６０３に入射した白色光は、傾斜角度θ１が制御されたミラー５１５、５１６で反射され、結像レンズ８００によってスクリーン９００に導かれる。光学薄膜４００はカラー画像を表示させるために挿入されているが、ここでは動作の説明は省略する。以上説明したような斜方照明は、本例のような単板式プロジェクタ装置に限ったことではなく、複数板式のＤＭＤプロジェクタ装置の場合でも共通して要求されるものである。
【０００８】
同心円状、すなわち光軸に対して回転対称な強度分布を持つ照明光束により、被照明面をその法線より傾いた方向から照明すると、被照明面での照明光分布が同心円状にならないことは明らかである。図２１は同心円状の強度分布を持つ照明光束により照明されたＤＭＤ６０４を法線方向から見たところを模式的に示しており、図中の曲線は同じ光強度の点を結んだ等強度線を概念的に表したものである。ここで、照明光束は、ＤＭＤ６０４に対して図中矢印に示すように一辺から４５度傾いた方向、かつ照明光束の光軸とＤＭＤ面の法線が２０度の傾きを持つように入射される。よってＤＭＤ面での光強度の分布は図に示すようにＤＭＤ６０４の中心点に対して同心円状にはならず、プロジェクタ装置として非常に不適当な上下左右非対称の照明むらがスクリーン上で発生するという問題がある。なお、本明細書において、強度分布とはこの光束の光軸に垂直な平面内における光強度の分布を意味する。
【０００９】
ＤＭＤプロジェクタ装置の場合、上記のような照明むらはディジタル信号処理によって低減することが比較的容易である。すなわち最も強度の低い照明光が入射する画素を基準にして、画面全体が均一な照度分布となるような、画素毎の投写光強度の規格化を行なえば良い。しかしこのような減光処理による画像品質の改善は、光の利用効率の点から望ましくない。また、ＤＭＤは反射型ライトバルブであるので、透過型のライトバルブに比べて比較的熱に強いという利点があり、数１００から２、３ｋＷクラスのキセノンランプやメタルハライドランプなどの高出力光源を用いることが可能である。しかしながら、他のライトバルブを用いたプロジェクタ装置と同様、光源光が最終的にスクリーンに到達する割合、すなわち光の利用効率は数％程度に留まっていた。従って、各構成要素における光利用効率を向上させるためにも、光学系による照明むらの軽減が重要な課題であった。
【００１０】
そこで、ライトバルブの照明均一性を向上させるために、例えばミキシングロッド等を用いた照明光学系が従来のプロジェクタ装置に用いられている。
【００１１】
図２２は矩形状の入出射端面を有するミキシングロッドを用いた照明光学系の概念図であり、１５２は光源、２００は反射鏡、３００はミキシングロッド、４０１はレンズ、６０５はライトバルブである。光源１５２から発生した光は反射鏡２００で集光され、集光点近傍に入射端面が位置するよう配置されたミキシングロッド３００に入射される。光はガラス／空気の界面で数回程度の全反射をくり返しながらミキシングロッド３００内を伝播しミキシングされる。このミキシングによって光源１５２および反射鏡２００に固有の照明光束の明るさむらが軽減され、ミキシングロッド３００の出射端面において断面が矩形でかつ、均一性の高い発散光束を得ることができる。よって後段のレンズ４０１によって、ミキシングロッド出射端面をライトバルブ６０５近傍に結像すれば、ライトバルブ６０５の照明均一性を効率よく向上させることができる。このようにミキシングロッド３００による方法は所望の均一性と光束形状を持った照明光束を、後段の照明光学系とは全く独立させて設定することができるところに特徴がある。このようなミキシングロッドを用いた照明系の詳細についてはUS.Patent5,634,704を参照されたい。なお、本明細書において、光束形状とは光束の光軸に関して垂直な平面内における断面形状のことである。
【００１２】
上記のようなミキシングロッドによる均一照明方式は、ライトバルブ（即ち、被照明面）が照明光軸に垂直に配置される場合には最大の効果を得ることができる。しかしながら、例えば平面ミラーを照明光路中に配置し、ＤＭＤに対して所定の方向から照明光束を入射させても、結局ミキシングロッドの出射端面像とＤＭＤ面の角度が一致せず、照明むらの発生が避けられないという問題が発生する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題点に鑑み、上記ＤＭＤの照明に代表される任意平面の斜方照明に関して、被照明面の法線方向に対して所定の傾きを持った方向から照明光束を入射させた場合においても、被照明面において均一かつ対称性に優れた照度分布を得ることができる光学装置、並びに、それを用いたプロジェクタ装置、リアプロジェクタ装置及びマルチプロジェクタ装置を提供するものである。
【００１４】
特に、複数のプロジェクタ装置（もしくは、リアプロジェクタ装置）を縦横に配列して大画面を構成するマルチプロジェクタ装置においては、光利用効率の向上のみならず、各画面間の明るさと色の差、とりわけ配列された投写画面の境界近傍における明るさと色の差を最小にし画面の継目を目立たなくさせることが厳しく求められる。よって各単位プロジェクタ装置（もしくは、リアプロジェクタ装置）の投写画面内においては明るさ、ならびに色の均一性を最大限に高め、前記照明むらを除去しなければならないという課題がある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光源装置は、１次光源である光源手段と、該光源手段からの出射光を集光して２次光源を形成する集光手段と、入射端面が前記２次光源の形成される位置近傍に配置され、出射端面から均一性の高い強度分布を有する発散光束を出射する均一化手段と、前記均一化手段の出射光を集光して、光路中に複数の３次光源を形成する第１のレンズ手段と、前記複数の３次光源の形成される位置近傍に配置され、前記第１のレンズ手段の出射光を所望の方向へ反射する反射光学素子とを備えたものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１． 図１は本実施の形態に係る光学装置の構成を示す概略図である。本光学装置は光を放射する１次光源である光源手段１、反射面形状が回転２次曲面からなる反射ミラー２０と略平行光束を収束するコンデンサーレンズ（第２のレンズ手段）２１から構成される集光手段２、断面が四角形のミキシングロッド（均一化手段）３、少なくとも１枚のレンズから構成される第１のレンズ手段４、以下に説明する反射光学素子５により構成される照明装置であり、照明装置の光軸７０外に配置された被照明面６（例えば、ＤＭＤ等のライトバルブの画像表示面）を照明する。
【００３２】
図１を用いて本光学装置の動作を説明する。図１において、光源１から放射された光は回転放物面からなる反射ミラー２０で略平行光束１１に変換され、後方のコンデンサーレンズ２１によって収束光束１２となる。この収束光束１２の光束径が最も小さくなる位置付近では光源１の像（即ち、２次光源）が形成される。次に、この２次光源が形成される位置の近傍に、ミキシングロッド３の入射端面３１を配置する。このときミキシングロッド３は反射ミラー２０の回転軸とコンデンサーレンズ２１の中心軸によって規定される照明光軸７０とロッドの長軸が一致するように配置される。
【００３３】
ミキシングロッド３に入射した光は側面での全反射を繰り返しながらその内部を伝播し、出射端面３２から出射し発散光束１３となる。また、ミキシングロッド３後方の第１のレンズ手段４は、ミキシングロッド３の出射端面３２の像を照明光軸７０上に設定された仮想被照明面６０上に結像するように配置されている。なお、簡単のために、本実施の形態においては、第１のレンズ手段４が１枚構成のレンズによりなる場合について説明する。
【００３４】
５は上記反射光学素子であり、第１のレンズ手段４によって形成される照明光束１４を被照明面６の方向、すなわち光軸７１に沿った方向へ偏向し、さらに光軸７１から所定の角度傾いた法線７２を有する矩形の被照明面６へ導く。このとき、照明光軸７０と照明光軸７１のなす角度が被照明面の法線７２と照明光軸７１のなす角度と一致するように反射光学素子が配置される。このような場合、被照明面６は仮想被照明面６０と同様に、ミキシングロッド３の出射端面３２と相似な矩形の光束により効率よく照明される。
【００３５】
さらに詳しく本光学装置の動作について説明する。図２はミキシングロッド３によって生じる仮想的な２次光源について説明する概略図である。図２において、点Ｐは2次光源、Ｓ０は仮想２次光源が形成される面、Ｐ１、Ｐ２は仮想的な２次光源、３３、３４は仮想２次光源Ｐ１とＰ２からそれぞれミキシングロッド３の出射端面３２へ到達する仮想的な光線、１３０、１３１は仮想２次光源Ｐ１、Ｐ２によって生じる実際の発散光線を示している。また、Ｌはミキシングロッド３の長さを示している。その他の符号は図１と同様であるので説明を省略する。
【００３６】
まず、点Ｐに形成される２次光源から出射した光線は、ミキシングロッド３の側面を全反射しながら伝播し、発散光線１３０、１３１となって第１のレンズ手段４に入射する。ミキシングロッド３は透明なガラスやプラスチックなどの均質な材料で構成されており、ｎ＞ｎ０の関係を満たす媒質内に配置される。ここで、ｎはミキシングロッド３の屈折率、ｎ０はミキシングロッド３が配置される媒質の屈折率である。なお、本実施の形態では、空気中（ｎ０≒１）にミキシングロッド３が置かれているとする。
【００３７】
このような屈折率の関係から、点Ｐに形成される２次光源から発した光線は、ミキシングロッド３と空気の界面で所定の回数だけ全反射を繰り返して伝播する。このとき、出射端面３２の側からは、見かけ上光線３３、３４の延長上に存在する仮想２次光源Ｐ１ならびにＰ２から光が出射されているように観察される。同様の理由で図示した２点以外にも多数の仮想２次光源が面Ｓ０上に形成される。
【００３８】
一方、ミキシングロッド３の出射端面３２は、これらの多数の仮想２次光源から発せられた全ての光線が通過する開口となる。この出射端面３２においては、多数の仮想２次光源からの光束が重畳され、強度均一性の高い矩形光源が形成されることになる。すなわち、ミキシングロッド３による光線のミキシングによれば、不均一な強度分布を持つ２次光源から均一性の高い矩形面光源を得ることができる。
【００３９】
図３は前述の仮想２次光源とこれが結像して形成される３次光源群の関係を示す概略図である。図３において、１０は２次光源、１５は仮想２次光源のひとつ、１００は３次光源群、５０は反射光学素子５の微小反射面を、それぞれ示しており、その他の符号は図１と同様であるので説明を省略する。
【００４０】
第１のレンズ手段４はミキシングロッド３の出射端面３２に形成される矩形光源像を被照明面６に結像させる作用を有する。このとき、仮想２次光源１５に対しても第１のレンズ手段４による結像関係が成立する。すなわち、第１のレンズ手段４全系の焦点距離と複数の仮想２次光源のそれぞれの関係から、３次光源群１００が所定の位置に形成される。３次光源群１００の位置付近には、それぞれの３次光源の大きさに対応した微小反射面５０が配置され、入射する収束光束を被照明面６の方向に偏向する。３次光源面近傍では仮想２次光源からの光線が最も小さなスポットに収束しており、微小反射面で効率よく光線を偏向させることができる。このような微小反射面５０が不連続に隣接配置され、全体として反射光学素子５の反射面を形成する。
【００４１】
図３では、ひとつの仮想２次光源１５とこれに対応する３次光源の結像関係と、微小反射面５０によって光線が被照明面６に導かれるところを破線で示している。このようにしてミキシングロッド３の出射端面像は、複数の仮想２次光源と３次光源の関係に応じて、被照明面６においてそれぞれ独立に結像し重畳されることになる。
【００４２】
図４は近軸結像関係を示す図であり、焦点距離ｆの第１のレンズ手段４による出射端面３２と仮想被照明面６０の結像関係、ならびに仮想２次光源像面Ｓ０と３次光源面Ｓ１の結像関係を示している。尚、それぞれの像高、あるいは物体高と配置は矢印で表現し、これらを前記説明と同じ符号で示している。
【００４３】
さて、本来第１のレンズ手段４はミキシングロッド３の出射端面３２と仮想被照明面６０が結像関係にあるように配置されており、出射端面３２と第１のレンズ手段４の距離をａ１、第１のレンズ手段４と仮想被照明面６０の距離をｂ１とする。一方、第１のレンズ手段４と仮想２次光源像面Ｓ０との距離をａ２、これの像面すなわち３次光源面Ｓ１と第１のレンズ手段４の距離をｂ２とする。また、出射端面３２から仮想２次光源面Ｓ０までの距離はミキシングロッド３の長さをＬ、屈折率をｎとしてＬ／ｎで表すことができる。以上のことから次の（１）〜（４）式のような関係が成り立ち、式（４）から３次光源が形成される近軸配置（即ち、距離ｂ２）を求めることができる。
【００４４】
ａ１^-1＋ｂ１^-1＝ｆ^-1 （１）
【００４５】
ａ２^-1＋ｂ２^-1＝ｆ^-1 （２）
【００４６】
ａ２＝Ｌ／ｎ＋ａ１ （３）
【００４７】
（１）〜（３）式より、
【００４８】
ｂ２＝{ａ１・ｂ１・(ａ１+Ｌ/ｎ)}／{(ａ１+ｂ１)・(ａ１+Ｌ/ｎ)-ａ１・ｂ１}（４）
【００４９】
例えば、ａ１＝５０ｍｍ、ｂ１＝１５０ｍｍとすると（１）式からｆ＝３７．５ｍｍ、さらに、ｎ＝１．５２、Ｌ＝６０ｍｍとすると式（４）からｂ２≒６４．５６ｍｍとなる。また（３）式よりａ２＝８９．４７ｍｍとなる。
【００５０】
なお、第１のレンズ手段４は実際には複数枚構成のレンズで構成することが可能であり、この場合レンズ全系の内部に３次光源面が形成される可能性がある。しかし、上記結像関係から規定される３次光源面の位置を条件に含めることで、反射光学素子５の配置の妨げとならないように第１のレンズ手段４を設計することができる。
【００５１】
また、上記の数値ではｂ１／ａ１＝３であるので、ミキシングロッド３の対角長さの約３倍に相当する対角長さを持った相似形状の被照明面を照明するのに適している。このとき仮想２次光源の大きさに対する３次光源の大きさの比はｂ２／ａ２とほぼ等しくなり、上記数値の場合は約０．７２倍と縮小像が形成されることがわかる。さらに、３次光源群は第１のレンズ手段４により収束され仮想被照明面６０へ向かう収束光束中に形成されるため、全ての３次光源を含む実効的な３次光源面の大きさは第１のレンズ手段４の有効径よりも小さくなる。よって反射光学素子５をコンパクトに作成することができ、装置の小型化、軽量化に大きく寄与する。
【００５２】
さて、実際の光学系では近軸領域から外れる光線が存在するが、上記結像関係が成立しない範囲については出射端面３２の結像位置の調整が必要となる。図５は前記（１）〜（４）式から求まる３次光源面上に配置された反射光学素子５のうち、周辺部を構成する微小反射素子５１と５２によって反射される光線が点線で示された被照明面６へ導かれる様子を示す概略図である。図の配置のように、微小反射素子５１と被照明面６の距離は、もう一方の微小反射素子５２と被照明面６との距離より大きくなるため、微小反射素子５１による出射端面３２の像６１は被照明面６より手前に、微小反射素子５２による出射端面３２の像６２は被照明面６より奥に形成される。結果として、このような結像面のずれは照明効率を低減させることになる。
【００５３】
上記の結像面の位置ずれは、複数の微小反射面が３次光源面上に配置され、各３次光源に対応して各反射面の偏向方向が設定されているため生じる現象である。例えば、反射光学素子５の代わりに単純な平面ミラーを所定の角度だけ光軸に対して傾けて挿入すると、それぞれの３次光源に対応する主光線は平面ミラーで反射された後、再び被照明面上で交差する。その結果、各照明面は被照明面上で重畳されるが、重畳照明面と被照明面は大きく傾き、均一照明の効果を得ることは困難となる。以上のことから、主光線の方向と各照明光束による出射端面像の位置を調整すること、すなわち各微小反射面の角度と位置及び反射面形状の最適化によって、被照明面を斜めから、かつ均一に照明するための最適な照明光束を形成することが可能である。
【００５４】
図６は上記結像面の調整を行った微小反射光学素子の作用を説明する概略図である。微小反射面５３と５４による反射光の主光線をそれぞれ７３、７４とし、調整されたミキシングロッドの出射端面像をそれぞれ６３、６４とする。微小反射面５３、５４は調整のためにもともとの３次光源群１００の面から離れた位置に配置されている。図に示されるように被照明面６から遠い微小反射面５３は３次光源群１００から被照明面６へ近づく方向に、逆に被照明面６に近い微小反射面５４は被照明面６から遠ざかる方向へ調整される。一方、各微小反射面の角度により主光線が光軸７２と交わる位置が調整されている。被照明面６の照明状態を観察、もしくは計算しながら以上のような調整を繰り返すことによって重畳照明光束の最適化を行うことができる。
【００５５】
なお、３次光源の実効的な大きさを推定し、各微小反射面の大きさならびに配置を決定するには光線追跡による照明解析が有効である。まず、それぞれの３次光源に対して独立した解析を行い、全ての微小反射面による照明光束の重畳から被照明面の照明状態を推定する。そして、所望の照明特性が得られるまでこのような解析を繰り返せばよい。このとき微小反射面の形状は必ずしも平面である必要はなく、最適化のパラメータとして非球面、球面、不連続面などの面形状を用いても構わない。なお、反射光学素子全体としては反射面を規定する条件の下でいかなる形状も取ることができる。
【００５６】
図７は最適設計された微小反射面による反射光学素子の具体的な構成例を示す概略図である。図において５は反射光学素子、５５は微小反射面、５６は最適設計の最小単位である微小反射体である。ある照明条件においてそれぞれ独立して最適化が施された微小反射面５５が不連続に配列する素子として反射光学素子５を構成することができる。なお、最適設計の最小単位である微小反射体５６の反射面、すなわち開口部の形状は図７のようにそれぞれ同じである必要はなく、またその大きさや配置も３次光源の特性に応じて様々な形態にすることが可能である。また、反射光学素子５は微小反射面５５の精度を確保できる手法であればどのような成形法を用いてもよい。例えば、ガラスやプラスチック、セラミックなどの基材にアルミニウム等の金属薄膜や誘電体多層膜などの反射膜を成膜することで反射率の高い反射光学素子５を実現することができる。
【００５７】
図８は反射光学素子５の具体的な構成の変形例を示す図である。図８において反射光学素子５は微小反射面５５で構成される反射部と、基材部５７から構成されており、大きさの異なる微小反射面５５の組合わせによって反射面全体が構成されている。ミキシングロッド（均一化手段）の出射端面が矩形である場合、矩形の長辺方向と短辺方向で全反射の回数が異なる場合があり、３次光源の分布は中心点に関して対称とはならない。また、第１のレンズ手段が有するレンズ系の性能により３次光源群の形状も矩形から外側に歪んだ樽型になったり、逆に内側に歪んだ糸巻き型になったりするため、各微小反射面の配置や形状もこれに応じて設定する必要がある。なお、基材部５７は反射光学素子５を保持するために設けているが、他の有効な保持方法を採用することによりこれを省略することも可能である。
【００５８】
図９はｘｙｚ座標系における微小反射面５５を示す概略図である。図９において７５、７６はそれぞれ微小反射面５５への入射光線と反射光線を示しており、入射光線７５とｚ軸は平行としている。また７７は微小反射面５５の法線であり、入射光線７５となす角度はθであるとする。このとき反射光線７６と微小反射面５５の法線がなす角度もθとなる。
【００５９】
７８は入射光線７５の延長線がｘｙ平面と交わる点Ｑと原点Ｏを結んだ直線で、ｘ軸となす角度をαとする。線７８は反射光線７６のｘｙ平面への正射影と一致するので、ｚ方向から全系を見れば微小反射面５５に対してαの方向に被照明面が設定される。尚、図９には被照明面を図示していないが、被照明面とは、図１、図３などにて示す被照明面６と同様のものである。
【００６０】
又、入射光線７５の方向に対して反射させたい方向、すなわち角度２θが決まれば、微小反射面５５を図のようにｘｙ平面に対して角度θだけ傾ければよく、被照明面をｘｙ平面と平行な平面に設定することで被照明面に対しては法線から２θの角度だけ傾いた方向から光線を入射させることができる。こうして全ての微小反射面に対して最適設計の初期値を求めることができる。
【００６１】
例えば、反射光学素子５を前述のＤＭＤの照明に適用した場合、照明光束に要求される条件は、ＤＭＤの法線に対する傾きが２０度であること、かつ、ＤＭＤの法線回りのアジマス方向（図９においては、ｘ軸と線７８とのなす角αの方向）には、ＤＭＤの辺方向から４５度回転した方向から入射する、ということである。よって、この図のような構成においては、α＝４５度、かつθ＝１０度とした微小反射面を初期値として用い、最適設計することが望ましい。
【００６２】
以上のように、この反射光学素子５は、反射素子であるため熱の放散に優れるとともに、薄い平板形状に成形することができるのでさらに熱放散性に優れ、そのため、光束径が細く絞られたスポットに配置するにもかかわらず、熱破壊に強い素子として構成することができる。そして、このように反射光学素子５の耐熱性を高めることができるため、余分な冷却機構を省略することができ、軽量化、小型化に有利な装置を実現することができる。
【００６３】
加えて、素子全体の厚さを部位によって著しく変化しないように設計することも可能であるため、熱変形にも強く、温度変化による光学性能劣化を最小限にとどめることが容易である。これらのことから、反射特性の向上や被照明面の均一照明に重点を置いた最適設計を行うことができ、設計の自由度も大きいという特徴がある。
【００６４】
前述の説明からもわかるように、ミキシングロッド３の入射端面近傍に形成される２次光源の有効径が小さいほど光の利用効率を向上させることが容易であることが明らかであるが、集光方式は前述の回転放物面による反射ミラー２０とコンデンサーレンズ２１の組み合わせに限る必要はない。例えば、図１０の光源装置は、キセノンランプやメタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどの高輝度ランプ１６から放射された光を回転楕円面鏡２２で集光する方式であり、楕円面鏡２２の第１焦点近傍に配置された高輝度ランプ１６の発光部から出射した光が、楕円面鏡２２の第２焦点近傍に配置されたミキシングロッド３の入射端面に到達するところを示している。さらに、図１１には別の反射鏡の方式として直交放物面鏡（Orthogonal Parabolic Reflector；OPR）２３を用いた例を示す。通常の放物面鏡は、焦点距離をｆとした場合にその（ｘ，ｙ）断面が（５）式で与えられる曲線をｘ軸回りに回転して得られる曲面を反射面として用いる。
【００６５】
ｙ²＝４ｆｘ
【００６６】
一方、直交放物面鏡２３は、（６）及び（７）式で与えられる曲線をＹ軸回りに回転した曲面を反射面として用いる。
【００６７】
Ｙ＝２｛ｆ（ｆ＋Ｘ）｝^1/2 （但し、−ｆ≦Ｘ≦０） （６）
【００６８】
Ｙ＝２｛ｆ（ｆ−Ｘ）｝^1/2 （但し、０≦Ｘ≦ｆ） （７）
【００６９】
図１１において、１７は線状光源、２３は直交放物面鏡、Ｆは直交放物面鏡２３の焦点位置である。直交放物面鏡２３はＹ軸（即ち、回転軸）上に、略線状光源１７（例えば、メタルハライドランプの放電アーク等）を配置して、略線状光源１７の線方向と直角方向に出射する光線を焦点位置Ｆの一点に効率よく集光する作用がある。本発明においても、略線状光源１７は直交放物面鏡２３の回転軸上に配置することが望ましい。
【００７０】
以上のように様々な集光方式が本発明に含まれるが、例えば主鏡と副鏡の組合わせにより反射鏡の開口方向に発散し利用されていなかった光を有効活用する方式や、部位によって異なる複数の回転２次曲面を連続的に繋ぎ合わせて反射面を構成し集光効率を向上させる方式なども勿論適用することができる。また指向性の強い光源を用いれば反射鏡そのものを省略する構成も可能である。具体的には発光ダイオードや面発光レーザなどの光源を用いることができ、ミキシングロッド３により均一性の高い面光源を得た後は、上記説明と同様の照明光学系を構成することによって類似の均一照明効果を得ることができる。
【００７１】
本実施の形態では被照明面の形状を矩形とし、ミキシングロッド３の出射端面形状を重畳結像させ均一照明の効果を得る方式を説明した。しかし、ミキシングロッド３の代わりに円柱ロッドや楕円柱ロッド、その他さまざまな柱状ロッドを用いることにより所定の被照明領域を均一にかつ高効率に照明することが可能である。また、このようなロッドの全部あるいは一部分が先細あるいは逆に先太の形状をなし、入射端面と出射端面が異なる面積の相似形状となるように設定することも可能である。
【００７２】
図１２は出射側が大きくなる先太形状の矩形ロッド３５を示す図である。図１２では矢印で示すように内面で全反射する光線の平行度が高くなるが、反対に先細とすれば光線の平行度は低くなる。このようにロッドにテーパ角度を設定することにより、長方形の長辺方向と短辺方向で異なる平行度の調整を行なうこともでき、後段の第１のレンズ手段が有するレンズ系の作用と組合わせることで照明光学系の設計を多様化させることができる。勿論、このようなテーパ角度の設定によって３次光源の分布は等間隔に近い状態から大きく隔たることになる可能性が高いが、反射光学素子５を構成する微小反射面の最適化によって対応可能である。
【００７３】
さらに、ミキシングロッド３の出射端面をロッドの長軸に垂直な平面からわずかに傾けて、出射端面の結像面と被照明面の角度の隔たりを予め低減させておくことも可能である。図１３に示すように、出射端面が光軸に垂直でないロッド３６から発散する光線は、矢印で示すように光軸７９に関して非対称な分布となる。よって第１のレンズ手段４１による結像作用によれば、ロッド３６の出射端面の像６６は光軸７９に対して傾くことになる。なお、被照明面が要求する照明光の斜入射の効果を全てこのようなロッド出射端面の傾斜で行うのは困難である場合が多い。例えば、出射端面の傾斜が大きすぎると光線の傾きが大きくなりすぎるために、後段の第１のレンズ手段４１の径を大きくしなければならず光学装置全体の容量を増加させなければならなくなる。そこで、ロッド３６の入射端面も同様に光軸７９に対して傾ければ、ロッド３６の断面形状や長さの条件によれば上記光線の傾きを抑制できる可能性がある。本光学装置の反射光学素子５の作用を補い、かつ装置の小型化、軽量化に支障がない範囲で用いる分には、上記のような変形は非常に有効である。
【００７４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ミキシングロッド側面での光の全反射に基づいて仮想的に形成される２次光源群が、第１のレンズ手段により結像して複数の３次光源が形成される。そして、この複数の３次光源の位置に対応して反射光学素子を配置しているため、所定の光束分布と強度分布を有する照明光束を効率よく反射して、被照明面にミキシングロッドの出射端面の像を結像し、上記の均一な強度分布の照明光束で被照明面を照明することができる。
【００７５】
したがって、本発明に係る光源装置においては、簡単な構成で、被照明面の法線から所定の傾きを持った方向から照明光束を入射させ、この被照明面を均一に照明することができる。また、光源から出射される光を効率よく集光することができるので、光利用効率の高い光学装置を提供することができる。また、ミキシングロッドの出射端面を被照明面の形状と相似にした場合、光の損失を抑えて効率よく被照明面を照明する光学装置を提供することができる。さらにまた、ミキシングロッドは、入射端面あるいは出射端面の少なくとも一方がロッドの長軸に対して垂直な面から傾いて設定することも可能であるため、被照明面の斜方照明を目的とした反射光学素子の最適化において自由度の高い設計を行うことができる。また、反射光学素子による光路の折り曲げ方向の自由度が大きいため、全体としてコンパクトな光学装置を容易に実現することができる。
【００７６】
実施の形態２． 本発明の実施の形態２に係るプロジェクタ装置の照明光学系について説明する。図１４は反射型ライトバルブ６５を用いたプロジェクタ装置の構成を示す概略図であり、実施の形態１で述べた光学装置を照明光学系に適用したものである。反射型ライトバルブ６５は法線方向以外、すなわち斜め方向からの照明を要求するデバイスが望ましく、例えば従来例で説明したＤＭＤ（Digital Micromirror Device）が好適である。反射型ライトバルブ６５に対向する位置には投写レンズ手段（第３のレンズ手段）８が配置され、図示しないスクリーン手段に反射型ライトバルブ６５に形成される画像が拡大投写される。また、仮想２次光源１５が第１のレンズ手段４によって３次光源１８を形成し、反射型ライトバルブ６５で反射された後、再び光源像１９を形成するところを点線で示している。この光源像１９は投写レンズ手段８の入射瞳８１付近に形成され、高効率で照度均一性の高いプロジェクタ装置が構成される。なお、その他の符号は図１と同様であるので説明を省略する。
【００７７】
さて、反射型ライトバルブ６５が前述のＤＭＤのように微小な反射ミラーで構成されている場合、入射する照明光束が発散性ならば反射したのち光変調された光束は、発散光束となって投写レンズ８に入射する。逆に、収束性の照明光束の場合は、反射型ライトバルブ６５での反射後も収束性を保ちながら投写レンズ８に入射する。入射瞳上で３次光源群の像が過不足なく形成されるために図１４に示すようにフィールドレンズ４４を付加することも可能である。いずれにせよ、反射光学素子５の付近に形成される３次光源群が、再び投写レンズ８の瞳上で結像するために十分な瞳径を有し、適切な瞳位置を持つ投写レンズ８であればよい。
【００７８】
主光線が光軸と平行になるテレセントリックレンズでは、射出瞳位置が無限遠で瞳径が無限大である。そのため、図１４に示すように投写レンズ８内部の瞳位置に３次光源群が再結像するという状態にはならないが、テレセントリックに照明された反射型ライトバルブからの光を効率よく集光することができる。このようにプロジェクタ装置として所定の光学性能を発揮するものであれば、様々なタイプの投写レンズ８を用いることができる。
【００７９】
本実施の形態によるプロジェクタ装置において、いわゆる照明光学系の最も大きな特徴は、ミキシングロッド３による２次的な平面光源を反射型ライトバルブ６５に結像する結像光学系が構成される点である。これまでの説明で１枚のレンズに代表されて描かれている第１のレンズ手段４の構成については、反射型ライトバルブ６５が要求する照明条件を満たし、かつ反射光学素子５を挿入する空間的余裕が確保されることが最低限必要である。例えば、図１５に示すアフォーカル系（afocal系：無限焦点系）は無限遠の物体に対しては無限遠像となるが、有限距離の物体に対しては有限位置に像を作るので第１のレンズ手段４に適用することができる。図１５によりアフォーカル系の結像関係を説明する。
【００８０】
第１レンズ４２の物体側焦点Ｆｆ１より距離ｚ１だけ後方の位置にあるミキシングロッド３の出射端面が、最終的に第２レンズ４３の像側焦点Ｆｂ２より距離ｚ２だけ後方の位置に結像するとすれば、次の式（８）、（９）が成り立つ。
【００８１】
ｚ２＝−ｆ２²／ｚ１＝（ｆ２／ｆ１）²・ｚ１＝ｚ１／ｍ² （８）
【００８２】
β＝(ｆ１/ｚ１)・(-ｚ２/ｆ２)=-(ｆ１/ｆ２)・(１/ｍ²)＝１/ｍ （９）
【００８３】
ここで、ｍはアフォーカル倍率（＝−ｆ１／ｆ２）、βは横倍率であり、このアフォーカル倍率ｍは、ミキシングロッドの出射端面と反射型ライトバルブの画像表示面の大きさから決まる結像倍率にほぼ合致するように設定される。尚、ｆ１、ｆ２はそれぞれ第１、第２レンズ４２、４３の焦点距離である。
【００８４】
よって、式（８）から求まる像位置ｚ２に反射型ライトバルブ６５を配置すれば、像倍率は物体像位置とは無関係に設定できるので、ミキシングロッド３の出射端面像を所望の大きさに拡大、あるいは縮小結像する際に光学系を構成する自由度が高くなる。また、アフォーカル系に入射する光線が光軸に平行であれば出射光線もまた光軸に平行であるので、ミキシングロッド出射端面から発散する全ての光線を効率よく被照明面に導くのに適した光学系であると言える。
【００８５】
勿論、図１５で説明したアフォーカル系は基本的な構成であり、実際には上記第１レンズ４２ならびに第２レンズ４３がそれぞれ複数のレンズから構成される第１レンズ群、第２レンズ群を形成し、それぞれの焦点を共有する構成となっていても構わない。いずれの場合でも３次光源は第１レンズ群あるいは第２レンズ群の設定にしたがって所定の位置に形成されるため、反射光学素子５のアフォーカル系内への挿入、ならびに反射光束と第１のレンズ手段４の干渉の回避を条件にして、照明光学系を最適化する必要がある。反射光束と第１のレンズ手段４の干渉を回避するためにレンズだけでなく反射ミラー等を光路中に挿入することも勿論可能である。
【００８６】
また、プロジェクタ装置は小型化の目的のため、構成要素の配置を工夫したコンパクトな光路を求められることが多い。図１６はプロジェクタ装置の構成を示す変形例である。符号は図１４と共通であるので説明は省略する。図１４では照明光学系の光軸７０と反射型ライトバルブ６５の法線７２がほぼ平行となる配置であったが、本変形例では両者がほぼ直交するような配置となっている。反射型ライトバルブ６５が要求する照明条件を満たす照明光学系であれば図１６のように光軸が立体的に交差する構成を採ることは勿論構わない。
【００８７】
また、実施の形態１で説明した全ての照明光学系ならびにその変形例を、実施の形態２である本プロジェクタ装置に適用可能であることは言うまでもない。
【００８８】
実施の形態３． 本発明の実施の形態３に係るマルチＤＭＤプロジェクタ装置について説明する。図１７は本発明に係る光学装置を具備し、ＤＭＤを反射型ライトバルブとした４台のフロントプロジェクタ装置を用いて、マルチ（例えば、本実施の形態においては４画面）画面のプロジェクタ装置を構成したところを示している。図において、９０はマルチリアプロジェクタ装置、９１〜９４はフロントプロジェクタ装置、９５はリアスクリーンである。なお、フロントプロジェクタ装置９１〜９４については内部の構成を省略するが、本発明の反射光学素子を内包し、明るさの均一性に優れた投写画面を提供することができるのは前述の通りである。
【００８９】
マルチリアプロジェクタ装置９０は画面数や内部構成など様々な形態を取り得るが、ここでは最も単純な構成のもので説明する。各フロントプロジェクタ装置はリアスクリーン９５上に目地なしで投写すべく隣接する投写画像の境界がほぼ一致するように配置され調整されているものとする。スクリーン９５には便宜上の単位画面の境界線を点線で示している。
【００９０】
実際のマルチ画面においては、単位画面間の目地にあたる部分がもっとも画像の品質を低減させる要因となる。さらに目地を挟んで両側の明るさに差が生じたり、目地に沿ってむらがあったりすると非常に見苦しい画面となる。そのため、実際には明るさや色調が近い角を画面中央に集めるように各プロジェクタ装置の配置を入れ替えたりすることでわずかに調子を整え、比較的むらを目立たなくさせることができる。しかし、単位画面の対角線方向に明るさのむらが生じると上記調整は非常に難しくなる。また、このような調整もマルチ画面数が増大するにつれ困難になる。したがって、単位画面に生じる上記明るさむらを低減することは、マルチ画面の画質向上にも重要である。
【００９１】
このように、ひとつの筐体が複数のプロジェクタ装置を内包する形態に限らず、各々投写光学系を内蔵した複数の筐体を縦横に所定数配列することにより大画面のマルチプロジェクタ装置を構成しても良い。この場合には、それぞれの投写光学系に対応するスクリーン手段が共用されて配置されるか、もしくは各筐体毎に別個にスクリーン手段が設けられるかの形態が取られる。
【００９２】
本発明の光学装置による照明光学系を具備するフロントプロジェクタ装置９１〜９４によれば、このような画面対角線方向の明るさむらを低減させることができ、単位プロジェクタ装置（あるいは、リアプロジェクタ装置）の配置の自由度を高め、最終画面の画質を向上させることが可能となる。このような効果はマルチの画面数やスクリーンの種類、またプロジェクタ装置９０の内部構成に直接影響を受けないので、所望の大きさ、画面数のマルチプロジェクタ装置を構成することができ、例えば装置の奥行き低減のために各フロントプロジェクタ装置とスクリーン９５間に反射ミラーが挿入されるような構成をはじめ、種々の構成に対して同様の効果を得ることが可能である。即ち、筐体内部には、目的に応じて画像反転あるいは筐体寸法低減を可能な反射手段を配置しても良い。
【００９３】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱せず、その要旨を変更しない範囲において様々な変形例が可能であることも勿論である。
【００９４】
【発明の効果】
本発明に係る光源装置は、１次光源である光源手段と、該光源手段からの出射光を集光して２次光源を形成する集光手段と、入射端面が前記２次光源の形成される位置近傍に配置され、出射端面から均一性の高い強度分布を有する発散光束を出射する均一化手段と、前記均一化手段の出射光を集光して、光路中に複数の３次光源を形成する第１のレンズ手段と、前記複数の３次光源の形成される位置近傍に配置され、前記第１のレンズ手段の出射光を所望の方向へ反射する反射光学素子とを備えたので、被照明面の法線方向に対して所定の傾きを持った方向から照明光束を入射させた場合に、前記均一化手段の出射端面の像が形成される位置近傍に配置された被照明面において、均一かつ対称性に優れた照度分布を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１に係る光学装置の構成を示す概略図。
【図２】 仮想2次光源について説明する概略図。
【図３】 仮想2次光源と３次光源群の関係を示す概略図。
【図４】 近軸結像関係を示す概念図。
【図５】 微小反射素子と被照明面の関係を示す概略図。
【図６】 微小反射光学素子の作用を説明する概略図。
【図７】 反射光学素子の具体な構成例を示す概略図。
【図８】 反射光学素子の具体的な構成の変形例を示す概略図。
【図９】 ｘｙｚ座標系における微小反射面を示す概略図。
【図１０】 楕円面鏡を用いた照明光学系の変形例を示す図。
【図１１】 直交放物面鏡の作用を示す概略図。
【図１２】 先太形状の矩形ロッドを示す図。
【図１３】 出射端面が光軸に垂直でないロッドを示す図。
【図１４】 実施の形態２に係るプロジェクタ装置の構成を示す概略図。
【図１５】 アフォーカル系の作用を示す概略図。
【図１６】 本発明に係るプロジェクタ装置の変形例の構成を示す概略図。
【図１７】 本発明に係るマルチプロジェクタ装置の構成を示す概略図。
【図１８】 ＤＭＤ２ピクセルの構成を示す斜視図。
【図１９】 ＤＭＤの表示原理を説明する概念図。
【図２０】 従来のカラー画像表示装置を示す模式的構成図
【図２１】 照明されたＤＭＤを模式的に示す図。
【図２２】 ミキシングロッドを用いた照明光学系の概念図。
【符号の説明】
１ 光源手段、 ２ 集光手段、 ３ ミキシングロッド（均一化手段）、
４ 第１のレンズ手段、 ５ 反射光学素子、 ６ 被照明面、
８ 投写レンズ（第３のレンズ手段）、 １０ ２次光源、
１１ 略平行光束、 １２ 収束光束、 １３ 発散光束、
１４ 照明光束、 １５ 仮想２次光源、 １６、１７ 高輝度ランプ、
１８ ３次光源、 １９ 光源像、 ２０ 反射ミラー、
２１ コンデンサーレンズ（第２のレンズ手段）、 ２２ 回転楕円面鏡、
２３ 直交放物面鏡、 ３１ 入射端面、 ３２ 出射端面、
３３、３４ 仮想的な光線、 ３５ 先太形状の矩形ロッド、
３６ 所定の傾きを有するロッド、 ４１ 第１のレンズ手段、
４２ 第１レンズ、 ４３ 第２レンズ、 ４４ フィールドレンズ、
５０〜５５ 微小反射面、 ５６ 微小反射体、 ５７ 基材部、
６０ 仮想被照明面、 ６１〜６４ 出射端面の像、
６５ 反射型ライトバルブ、 ６６ 出射端面の像、 ７０ 光軸、
７１ 光軸、 ７２ 法線、 ７３、７４ 反射光の主光線、
７５ 入射光線、 ７６ 反射光線、 ７７微小反射面の法線、
７８ 点Ｑと点Ｏを結ぶ線、 ７９ 光軸、 ８０ 投写レンズ、
８１ 瞳、 ９０ マルチリアプロジェクタ装置、
９１〜９４ フロントプロジェクタ装置、 ９５ マルチスクリーン、
１００ ３次光源群、 １３０、１３１ 発散光線、
１５０〜１５２ 光源、 ２００ 反射鏡、 ３００ ミキシングロッド、
４００ 光学薄膜、 ４０１ レンズ、
５１０〜５１６ マイクロミラー、 ６００、６０１ ＤＭＤ素子、
６０２ 光アブソーバ、 ６０３、６０４ ＤＭＤ素子、
６０５ ライトバルブ、 ８００ 結像レンズ、 ９００ スクリーン、
Ｃ 微小反射面と線分７８との交点、 Ｆｆ１ 第１レンズの物体側焦点、
Ｆｂ１ 第１レンズの像側焦点、 Ｆｆ２ 第２レンズの物体側焦点、
Ｆｂ２ 第２レンズの像側焦点、 Ｌ ミキシングロッドの長さ、
Ｏ ｘｙｚ座標系の原点、 Ｐ ２次光源、 Ｐ１、Ｐ２ 仮想２次光源、
Ｑ 入射光線とｘｙ平面との交点、 Ｓ０ 仮想２次光源が形成される面、
ａ１ 出射端面と第１のレンズ手段の距離、
ａ２ 第１のレンズ手段と仮想２次光源面との距離、
ｂ１ 第１のレンズ手段と仮想被照明面、
ｂ２ ３次光源面と第１のレンズ手段との距離、
ｆ１ 第１レンズの焦点距離、 ｆ２ 第２レンズの焦点距離、
ｙ１ 第１レンズの物体側焦点から距離ｚ１だけ後方の位置における像高、
ｙ２ 第２レンズの像側焦点から距離ｚ２だけ後方の位置における像高、
α 線７８とｘ軸とのなす角、 α１ 光源のミラーに対する設置角度、
θ 入射光線、反射光線と法線とのなす角、 θ１ ミラーの傾斜角度。

Claims (14)

1. １次光源である光源手段と、
   該光源手段からの出射光を集光して２次光源を形成する集光手段と、
   入射端面が前記２次光源の形成される位置近傍に配置され、出射端面から均一性の高い強度分布を有する発散光束を出射する均一化手段と、
   前記均一化手段の出射光を集光して、光路中に複数の３次光源を形成する第１のレンズ手段と、
   前記複数の３次光源が形成される位置近傍に配置され、各３次光源からの出射光束を当該３次光源毎に独立に被照明面に向けて反射する複数の微小反射面を有し、当該複数の微小反射面からの出射光により前記被照明面を法線に対して所定の傾きを持って照射する反射光学素子と、を備え、
   前記複数の微小反射面はそれぞれ配置及び形状が３次光源毎に独立に設定されることを特徴とする光学装置。
2. 均一化手段は、ミキシングロッドであることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
3. 前記反射光学素子は、３次光源を前記被照明面に結像し、それらの結像が前記被照明面において互いに重畳されることを特徴とする請求項１または２記載の光学装置。
4. 均一化手段は入射端面及び出射端面がそれぞれ四角形の角柱であることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
5. 均一化手段は入射端面及び出射端面の少なくとも一方が角柱の長軸と垂直な面に対して所定の傾きを有することを特徴とする請求項４記載の光学装置。
6. 集光手段は、光源手段からの出射光を平行光束に変換する回転放物面からなる反射鏡手段と、前記平行光束を集光する第２のレンズ手段とを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の光学装置。
7. 集光手段は回転楕円面からなる反射鏡手段を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の光学装置。
8. 集光手段は
   ｙ＝２×｛ｆ（ｆ＋ｘ）｝1/2 （但し、−ｆ≦ｘ≦０）
   ｙ＝２×｛ｆ（ｆ−ｘ）｝1/2 （但し、０≦ｘ≦ｆ）
   で与えられる曲線をｙ軸回りに回転した回転直交放物面を反射面とした反射鏡手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の光学装置。
9. 請求項１、４乃至８のいずれか１項記載の光学装置と、
   前記光学装置の均一化手段の出射端面の像が形成される位置近傍に配置され、所望の画像を形成する反射型ライトバルブと、
   該反射型ライトバルブに対向して配置され、上記画像を拡大投写する第３のレンズ手段とを備えたプロジェクタ装置。
10. 第１のレンズ手段は焦点を共有する２群のレンズ系から構成されるアフォーカル系を含むことを特徴とする請求項９記載のプロジェクタ装置。
11. 第３のレンズ手段の入射瞳上に形成される３次光源の像の大きさが、前記入射瞳の直径と同程度であることを特徴とする請求項１０記載のプロジェクタ装置。
12. 請求項９乃至１１のいずれか１項記載のプロジェクタ装置と、
    該プロジェクタ装置の投写画像を映すスクリーン手段と、
    前記プロジェクタ装置を内包し前記スクリーン手段を保持する筐体とを備えたリアプロジェクタ装置。
13. 請求項１１記載のリアプロジェクタ装置を複数台縦横に配列して、単位画像を形成するマルチプロジェクタ装置。
14. 請求項９乃至１１のいずれか１項記載のプロジェクタ装置を複数台備えるとともに、
    前記複数台のプロジェクタ装置の投写画像を映すスクリーン手段と、
    前記複数台のプロジェクタ装置を内包し前記スクリーン手段を保持する筐体とを備えたマルチプロジェクタ装置。

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