(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源から発せられた光を複数の部分光束に分割するための複数のレンズからなる光束分割要素と、光の偏光方向を調整する偏光変換素子アレイとを備えた照明光学系であって、
前記偏光変換素子アレイは、前記複数の部分光束のそれぞれを、二種類の偏光光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の出射面側に配置され、前記二種類の偏光光の偏光方向を揃える位相差素子とを備え、
前記偏光ビームスプリッタアレイは、交互に配列された複数の偏光分離膜と反射膜とを有し、
前記光束分割要素と前記偏光ビームスプリッタアレイとの間には、前記偏光分離膜への入射光量を調節する遮光材を備え、
前記遮光材は、各偏光分離膜に対応させて配置した複数の遮光板を備え、
前記複数の遮光板は、前記遮光板の配列方向に沿ってそれぞれ独立して移動可能に構成されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
光源と、前記光源から発せられた光を複数の部分光束に分割するための複数のレンズからなる光束分割要素と、光の偏光方向を調整する偏光変換素子アレイとを備えた照明光学系であって、
前記偏光変換素子アレイは、前記複数の部分光束のそれぞれを、二種類の偏光光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の出射面側に配置され、前記二種類の偏光光の偏光方向を揃える位相差素子とを備え、
前記偏光ビームスプリッタアレイは、交互に配列された複数の偏光分離膜と反射膜とを有し、
前記光束分割要素と前記偏光ビームスプリッタアレイとの間には、前記偏光分離膜への入射光量を調節する遮光材を備え、
前記遮光材は、前記偏光変換素子アレイを構成する偏光分離膜への入射光量を任意に絞る可変絞りであり、該可変絞りは光通過部をスリット状にする左右一対の反射板が前記偏光変換素子アレイを構成する各偏光変換素子に対応させてそれぞれ設けられてなるものであり、前記可変絞りの内の任意の可変絞りのスリット幅を調節可能としていることを特徴とする照明光学系。
【請求項３】
光源と、前記光源から発せられた光を複数の部分光束に分割するための複数のレンズからなる光束分割要素と、光の偏光方向を調整する偏光変換素子アレイとを備えた照明光学系であって、
前記偏光変換素子アレイは、前記複数の部分光束のそれぞれを、二種類の偏光光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の出射面側に配置され、前記二種類の偏光光の偏光方向を揃える位相差素子とを備え、
前記偏光ビームスプリッタアレイは、交互に配列された複数の偏光分離膜と反射膜とを有し、
前記光束分割要素と前記偏光ビームスプリッタアレイとの間には、前記偏光分離膜への入射光量を調節する遮光材を備え、
前記遮光材は、前記偏光分離膜に対応する光入射面にのみ光が入射するように固定された遮光板と、前記固定された遮光板と平行に配置され前記入射光量を調節するために前記光入射面に沿ってそれぞれ独立して移動可能な複数の遮光板とを含むことを特徴とする照明光学系。
【請求項４】
前記遮光材は、光反射率８０％以上の金属材料からなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の照明光学系。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の照明光学系と、該照明光学系によって照射された光を変調する電気光学装置とを備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項６】
前記照明光学系によって照射された光束を３色光束に分離する色光分離光学系と、該色光分離光学系で分離された各色光束を変調する複数の前記電気光学装置と、その変調した各色の光束を合成する色光合成光学系と、その合成光を投写する投写レンズとを、さらに備えてなることを特徴とする請求項５記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明光学系およびこれを備えたプロジェクタ（投写型表示装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、一般的なプロジェクタの外観を示す斜視図である。ここで、プロジェクタ５０１は、その上面を規定し操作ボタン５０２が配置されたアッパケース５０３、その下面を規定するロアーケース５０４、その前面を規定するフロントケース５０５を備えた直方体形状をなし、フロントケース５０５からは、投写レンズ５０６の先端部分が突出している。
【０００３】
このようなプロジェクタにおける、公知の光学系は、例えば、図１２のような構成となっている。
すなわち、光源５１０、光源５１０からの光の照度分布を均一化し、かつ、偏光方向が揃った状態で液晶パネル５５０Ｒ，５５０Ｇ，５５０Ｂに入射させるための照明光学系５２０と、この照明光学系５２０から出射される光束Ｗを、赤、緑、青の各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂに分離する色光分離光学系５３０と、色光分離光学系５３０によって分離された各色光束のうち、青色光束Ｂを対応する液晶パネル５５０Ｂに導くリレー光学系５４０と、各色光束を与えられた画像情報に従って変調する光変調手段としての３枚の液晶パネル５５０Ｒ，５５０Ｇ，５５０Ｂと、変調された各色光束を合成する色光合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム５６０と、合成された光束を投写面上に拡大投写する投写レンズ５０６とを備える。
【０００４】
照明光学系の作用を示す模式図（図１３）に示すように、照明光学系５２０は、光源５１０から発せられた光を第１レンズアレイ５２１によって複数の部分光束に分割し、その光を第２レンズアレイ５２２を介して偏光変換素子アレイ５２３に入射させ、偏光変換素子アレイ５２３によって各部分光束の偏光方向を揃えた後、重畳レンズ５２４によって液晶パネル５５０Ｒ，５５０Ｇ，５５０Ｂの画像形成領域に重ね合せる。
【０００５】
照明光学系５２０はこのように作用して各液晶パネル５５０Ｒ，５５０Ｇ，５５０Ｂを一種類の偏光光によって均一に照明し、プロジェクタ等の画像表示時に、隅々まで明るくし、全域でハイコントラストの鮮明な画像を提供するのに寄与している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように高輝度化された装置を利用して、予め設定していたより小さなサイズで画像を投写するような場合には、投写面に必要以上の光が投写されることになり、眩しすぎて画像が見ずらくなるといった現象が生じることになる。これに対処する手段として、投写レンズに可変絞りを設けることが考えられるが、これをすると投写レンズのサイズが大きくなりかつその種別が限定される等、投写レンズの設計の自由度が大きく制約される。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、光学機器の高輝度化を維持するとともに、投写光学系等他の光学系の設計の自由度を損なうことなく、その輝度を必要に応じて調節できる照明光学系およびこれを備えたプロジェクタを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明光学系は、光源と、前記光源から発せられた光を複数の部分光束に分割するための複数のレンズからなる光束分割要素と、光の偏光方向を調整する偏光変換素子アレイとを備えた照明光学系であって、前記偏光変換素子アレイは、前記複数の部分光束のそれぞれを、二種類の偏光光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の出射面側に配置され、前記二種類の偏光光の偏光方向を揃える位相差素子とを備え、前記偏光ビームスプリッタアレイは、交互に配列された複数の偏光分離膜と反射膜とを有し、前記光束分割要素と前記偏光ビームスプリッタアレイとの間には、前記偏光分離膜への入射光量を調節する遮光材を備えたことを特徴とする。これにより、投写光学系等他の光学系の設計の自由度を制限することなく、照明対象物への入射光量を調節することができる。また、入射光量が適切に調節できるため、この照明光学系によって照明される電気光学装置等の照明対象機器の長寿命化にも寄与しうる。
【０００８】
前記遮光材は、各偏光分離膜に対応させて配置した複数の遮光板を備え、前記複数の遮光板は、前記遮光板の配列方向に沿ってそれぞれ独立して移動可能に構成されているものである。これによれば、各偏光分離膜毎に入射光量の調節ができ、その調節の精度を上げることが可能となる。
【０００９】
また、前記遮光材は、偏光分離膜への入射光量を任意に絞る可変絞りであってもよい。この場合、可変絞りは光の通過部がスリットとして形成され、該スリットの幅の変更により偏光分離膜への入射光量を絞るものとすることができる。
これらの可変絞りによっても、投写光学系等他の光学系の設計の自由度を制限することなく、照明対象物への入射光量を調節することができるとともに、この照明光学系によって照明される電気光学装置等の照明対象機器の長寿命化にも寄与できる。
【００１０】
なお、遮光材は、光反射率８０％以上の金属材料からなることが好ましい。このような材料を用いることにより、遮光材での熱吸収が抑制され、高輝度条件下でも耐熱性に優れた遮光材または絞りとすることができる。また、前記遮光材は、複数の遮光板からなり、前記複数の遮光板は、前記偏光分離膜に対応する光入射面にのみ光が入射するように固定された遮光板と、前記固定された遮光板と平行に配置され、前記入射光量を調節するために移動する遮光板とを含むことが好ましい。また、前記遮光材は、前記光束分割要素と前記偏向変換素子アレイとの間に配置されていることが好ましい。
【００１１】
一方、本発明のプロジェクタは、上記のような照明光学系と光変調用電気光学装置とを備えたものである。
さらに、上記照明光学系を透過した光束を３色光束に分離する色光分離光学系と、該色光分離光学系で分離された各色光束を画像情報に対応させて変調する複数の前記電気光学装置と、その変調した各色の光束を合成する色光合成光学系と、その合成光を投写する投写レンズとを備えたものである。
これらのプロジェクタにより、上記照明光学系の効果が具体的に発揮される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。なお、以下の説明では、特に説明のない限り、光の進行方向をｚ方向、このｚ方向からみて１２時の方向をｙ方向、３時の方向をｘ方向とする。
【００１３】
図１は、本発明の一実施例である照明光学系を組み込んだプロジェクタ（投写型表示装置）の光学系構成を示す概略平面図である。この光学系は、光源ユニット２０、光学ユニット３０、投写レンズ４０の３つの主要な部分を備えてなる。
【００１４】
光学ユニット３０は、後述するインテグレータ光学系３００と、ダイクロイックミラー３８２，３８６、反射ミラー３８４を有する色光分離光学系３８０と、入射側レンズ３９２、リレーレンズ３９６、反射ミラー３９４，３９８を有するリレー光学系３９０とを備え、さらに、３枚のフィールドレンズ４００，４０２，４０４と、３枚の液晶パネル（液晶ライトバルブ）４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂと、色光合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム４２０とを備えている。
光源ユニット２０は、光学ユニット３０の第１レンズアレイ３２０の入射面側に配置され、投写レンズ４０は、光学ユニット３０のクロスダイクロイックプリズム４２０の射出面側に配置される。
【００１５】
図２は、図１に示すプロジェクタの照明領域である３枚の液晶パネルを照明する照明光学系を示す説明図である。この照明光学系は、光源ユニット２０に備えられた光源２００と、光学ユニット３０に備えられたインテグレータ光学系３００とを備える。インテグレータ光学系３００は、第１レンズアレイ３２０と、第２レンズアレイ３４０、後述の遮光材３５０および偏光変換素子アレイ３６０と、重畳レンズ３７０とを有している。
なお、図２では、説明を容易にするため、照明光学系の機能を説明するための主要な構成要素のみを示している。
【００１６】
光源２００は、光源ランプ２１０と凹面鏡２１２とを備える。光源ランプ２１０から射出された放射状の光線（放射光）は、凹面鏡２１２によって反射されて略平行な光線束として第１レンズアレイ３２０の方向に射出される。
ここで、光源ランプ２１０としては、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、高圧水銀ランプが用いられることができ、凹面鏡２１２としては、放物面鏡を用いることが好ましい。
【００１７】
図３は、第１レンズアレイ３２０の外観を示す正面図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。この第１レンズアレイ３２０は、矩形状の輪郭を有する微小な小レンズ３２１が、縦方向にＮ×２列（ここではＮ＝４）、横方向にＭ行（ここではＭ＝１０）のマトリックス状に配列されたもので、各小レンズ３２１をｚ方向から見た外形形状は、各液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂ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、液晶パネルの画像形成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、各小レンズ３２１のアスペクト比も４：３に設定される。
【００１８】
第２レンズアレイ３４０は、第１レンズアレイ３２０から射出された複数の部分光束が２つの偏光変換素子アレイ３６１，３６２の偏光分離膜３６６上に集光されるように導く機能を有し、第１レンズアレイ３２０を構成するレンズ数と同数の小レンズ３４１から構成される。なお、第１レンズアレイ３２０および第２レンズアレイ３４０のレンズの向きは、＋ｚ方向あるいは−ｚ方向のどちらを向いても良く、また、図２に示すように互いに異なる方向を向いていても良い。
【００１９】
偏光変換素子アレイ３６０は、図２に示すように２つの偏光変換素子アレイ３６１，３６２が光軸を挟んで対称な向きに配置されている。図４は、一方の偏光変換素子アレイ３６１の外観を示す斜視図である。偏光変換素子アレイ３６１は、複数の偏光ビームスプリッタからなる偏光ビームスプリッタアレイ３６３と、偏光ビームスプリッタアレイ３６３の光射出面の一部に選択的に配置されたλ／２位相差板３６４（λは光の波長）とを備えている。偏光ビームスプリッタアレイ３６３は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性部材３６５が、順次貼り合わされた形状を有している。透光性部材３６５の界面には、偏光分離膜３６６と反射膜３６７とが交互に形成されている。λ／２位相差板３６４は、偏光分離膜３６６あるいは反射膜３６７の光の射出面のｘ方向の写像部分に、選択的に貼り付けられる。この例では、偏光分離膜３６６の光の射出面のｘ方向の写像部分にλ／２位相差板３６４を貼り付けている。
【００２０】
偏光変換素子アレイ３６１は、入射された光束を１種類の直線偏光光（例えば、ｓ偏光光やｐ偏光光）に変換して射出する機能を有する。図５は、偏光変換素子アレイ３６１の作用を示す模式図である。偏光変換素子アレイ３６１の入射面に、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを含む非偏光光（ランダムな偏光方向を有する入射光）が入射すると、この入射光は、まず、偏光分離膜３６６によってｓ偏光光とｐ偏光光に分離される。ｓ偏光光は、偏光分離膜３６６によってほほ垂直に反射され、反射膜３６７によってさらに反射されてから射出される。一方、ｐ偏光光は、偏光分離膜３６６をそのまま透過する。偏光分離膜３６６を透過したｐ偏光光の射出面には、λ／２位相差板３６４が配置されており、このｐ偏光光がｓ偏光光に変換されて射出する。従って、偏光変換素子アレイ３６１を通過した光は、そのほとんどがｓ偏光光となって射出される。なお、偏光変換素子アレイ３６１から射出される光をｐ偏光光としたい場合には、λ／２位相差板３６４を、反射膜３６７によって反射されたｓ偏光光が射出する射出面に配置すればよい。また、偏光方向を揃えられる限り、λ／４位相差板を用いたり、所望の位相差板をＰ偏光光とＳ偏光光の射出面の双方に設けたりしても良い。
【００２１】
上記偏光変換素子アレイ３６１のうち、隣り合う１つの偏光分離膜３６６および１つの反射膜３６７を含み、さらに１つのλ／２位相差板３６４で構成される１つのブロックを、１つの偏光変換素子３６８とみなすことができる。偏光変換素子アレイ３６１は、このような偏光変換素子３６８が、ｘ方向に複数列配列されたものである。
なお、偏光変換素子アレイ３６２も偏光変換素子アレイ３６１と全く同様の構成であるので、その説明は省略する。
【００２２】
次に、遮光材としての遮光板３５０について説明する。図６は、偏光分離膜３６６への入射光量を調節する遮光板の一例を示す正面図である。この遮光板３５０は、偏光変換素子アレイ３６０（３６１，３６２）を構成する各透光性部材３６５の光入射面に対応させて、その光入射面幅とほぼ同じ幅を有した光を遮る遮光部３５１と光を通過させる開口部３５２とを交互に形成してなる板状体であって、この遮光板３５０をガイド３５３に保持するとともに既知の駆動機構と組み合わせて、偏光分離膜３６６、反射膜３６７の配列方向に沿って（図６中の矢印方向に）移動可能に構成したものである。
【００２３】
この遮光板３５０は第２レンズアレイ３４０と偏光変換素子アレイ３６０との間に配置され、通常は、２つの偏光変換素子アレイ３６１，３６２の光の入射面のうち、偏光分離膜３６６に対応する光入射面にのみ光が入射するように、遮光部３５１および開口部３５２を位置させておく。この場合には、照明光学系が有する最大の輝度を発揮させることができる。
【００２４】
一方、上記通常の状態では輝度が高すぎる場合、遮光板３５０を微動させ、偏光分離膜３６６に対応する透光性部材３６５の光入射面に入射する光の一部をその遮光部３５１で遮ることで、その入射光量を適宜に調節する。
なお、偏光変換素子アレイ３６０付近は光源のアークの像の近傍となっているため、偏光変換素子アレイ３６０付近と投写レンズの入射瞳とはほぼ共役の関係となっている。従って、この位置で遮光板３５０等により光線を切っても、投写レンズの絞りで絞るのと同様となり、照明ムラを起こすことなく明るさを調節することが可能となる。
【００２５】
図７は、上記遮光板３５０と同様の目的を達成する別の遮光板４３０の構成を示す正面図である。先の遮光板３５０では各遮光部３５１が一体に形成されて遮光板３５０となっているのに対して、この遮光板４３０は、先の各遮光部３５１に対応する部分がそれぞれ独立した遮光板４３１Ａ〜４３１Ｉとなっており、これらの遮光板４３１Ａ〜４３１Ｉが各透光性部材３６５の入射面幅に対応する間隔を置いてガイド４３３に移動可能に保持される。なお、遮光板４３１Ａ〜４３１Ｉの移動は既知の駆動機構によって行なわせることができ、遮光板４３１Ａ〜４３１Ｉが、偏光変換素子アレイ３６０を構成する偏光変換素子が複数連結されている方向に沿って（隣合う遮光板４３１Ａ〜４３１Ｉの方向に）それぞれ独立して移動できるように構成する。
【００２６】
この遮光板４３０においても、通常は、２つの偏光変換素子アレイ３６１，３６２の光の入射面のうち、偏光分離膜３６６に対応する光入射面にのみ光が入射するように、遮光板４３１Ａ〜４３１Ｉを位置させておく。そして、輝度の調整が必要な場合には、状況に応じて遮光板４３１Ａ〜４３１Ｉの全てあるいはその内の必要なものだけを移動（微動）させて、偏光分離膜３６６への入射光量を調節できることになり、輝度調節の精度を向上させることができる。
【００２７】
なお、図６あるいは図７に示したような板状の遮光板３５０，４３０をそれぞれ２つ使用して、またはこれらの遮光板３５０，４３０を組み合わせて（２つ以上の使用または組み合わせも可）、一方の遮光板を偏光分離膜３６６に対応する光入射面にのみ光が入射するように位置させて固定しておき、これと平行に配置した他方の遮光板３５０または遮光板４３０を構成する遮光板４３１Ａ〜４３１Ｉを移動させて、偏光分離膜３６６への入射光量を調節するようにしてもよい。このようにすると、変換素子アレイ３６０中にある反射膜３６７に光が入射するのを完全に阻止することができるという利点がある。
【００２８】
次に、遮光板を組み込んだ照明光学系の作用を説明する。なお遮光板の基本的作用は、遮光板３５０と４３０で同様であるため、ここでは遮光板３５０を例に上げて説明する。
図８は、遮光板３５０を組み込んだ照明光学系の作用を示す模式図であり、図９は、図８の光学系における遮光板３５０付近の拡大図である。ここで、遮光板３５０中の黒く塗りつぶした部分を遮光部３５１、透明部を開口部（符号省略）とする。第１レンズアレイ３２０及び第２レンズアレイ３４０を通過した光は、遮光板３５０の位置に応じて、その一部が遮光部３５１で遮られ、残りの光が開口部を通って偏光変換素子アレイ３６０中の偏光分離膜３６６に入射する。なお、その後の光の通過経路は既に説明した通りである。
従って、できるだけ多くの光を偏光分離膜３６６に入射させたい場合（高輝度を求める場合）には、遮光部３５１が偏光分離膜３６６に対応する光透過部材の光入射面と重ならないように遮光板３５０を位置させる。一方、その輝度を下げたい場合には、遮光部３５１が偏光分離膜３６６に対応する偏光変換素子の光入射面と重なる方向に、適切な輝度となるまで遮光板３５０を移動させる。
このような作用をなす遮光板３５０，４３０は、光透過部に開口を設けた板金や、遮光部に反射膜を蒸着した光透過性の板材で形成することができる。
【００２９】
以上、遮光板３５０，４３０によって光量調節を行う場合について述べたが、可変絞りを用いることも可能である。例えば、図１０は、遮光板３５０，４３０と同様の目的を達成するために用いる偏光分離膜３６６への入射光量を調節する可変絞りの一例を示す概略斜視図である。この可変絞り４４０は、光通過部４４２をスリット状にする左右一対の反射板４４１を有した可変絞り４４１Ａ，４４１Ｂ，４４１Ｃ，４４１Ｄ等が、偏光変換素子アレイ３６０を構成する各偏光変換素子に対応させてそれぞれ設けられたもので、既知の駆動機構によってそのスリット幅を任意に変更できるように構成される。
この可変絞り４４０も、第２レンズアレイ３４０と偏光変換素子アレイ３６０との間に配置され、通常は、各可変絞り４４１Ａ，４４１Ｂ，４４１Ｃ，４４１Ｄ等を全開状態にして、２つの偏光変換素子アレイ３６１，３６２の光の入射面のうち、偏光分離膜３６６に対応する光入射面にのみ光を入射させ、照明光学系が有する最大の輝度を発揮させるようにしておく。
【００３０】
一方、上記通常の状態では輝度が高すぎる場合には、これらの可変絞り４４１Ａ，４４１Ｂ，４４１Ｃ，４４１Ｄ等を全てまたはその内の任意の可変絞りを光通過部４４２のスリット幅を狭めて絞り、偏光分離膜３６６に対応する偏光変換素子の光入射面に入射する入射光量を適宜に調節する。
なお、この可変絞り４４０を、偏光分離膜３６６に対応する光入射面にのみ光が入射するように固定配置した遮光板と一緒に用いるようにしてもよい。
【００３１】
上記の遮光板３５０，４３０や可変絞り４４０（４４１Ａ，４４１Ｂ，４４１Ｃ，４４１Ｄ等）は、光反射率が高い（反射率８０％以上が好ましい）、アルミニウム等の金属材料で作ると、耐熱性にも優れ、高輝度下での長期使用が可能となる。
【００３２】
次に、上記のように構成されたプロジェクタの動作を説明する。
図２に示す光源２００から射出された非偏光光は、インテグレータ光学系３００を構成する第１レンズアレイ３２０の複数の小レンズ３２１によって複数の部分光束２０２に分割され、第２レンズアレイ３４０の複数の小レンズ３４１によって２つの偏光変換素子アレイ３６１，３６２の偏光分離膜３６６の近傍に集光されるとともに、遮光板３５０の位置に従って偏光分離膜３６６の近傍に向かう光量が調節される。こうして２つの偏光変換素子アレイ３６１，３６２に入射した複数の部分光束は、上述したように、１種類の直線偏光光に変換され射出される。そして、２つの偏光変換素子アレイ３６１，３６２から射出された複数の部分光束は、重畳レンズ３７０によって後述する液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂ上で重畳される。
【００３３】
なお、図１に示した反射ミラー３７２は、重畳レンズ３７０から射出された光束を色光分離光学系３８０の方向に導くために設けられており、従って、それは光学系の構成によっては、必ずしも必要なものではない。
【００３４】
色光分離光学系３８０は、第１および第２ダイクロイックミラー３８２，３８６を備え、照明光学系から射出される光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。第１ダイクロイックミラー３８２は、重畳レンズ３７０から射出される光のうち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ダイクロイックミラー３８２を透過した赤色光は、反射ミラー３８４で反射され、フィールドレンズ４００を通って赤色光用の液晶パネル４１０Ｒに達する。このフィールドレンズ４００は、重畳レンズ３７０から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶パネル４１０Ｇ，４１０Ｂの前に設けられたフィールドレンズ４０２，４０４も同様に作用する。
【００３５】
さらに、第１ダイクロイックミラー３８２で反射された青色光と緑色光のうち、緑色光は第２ダイクロイックミラー３８６によって反射され、フィールドレンズ４０２を通って緑色光用の液晶パネル４１０Ｇに達する。一方、青色光は、第２ダイクロイックミラー３８６を透過し、リレー光学系３９０、すなわち、入射側レンズ３９２、反射ミラー３９４、リレーレンズ３９６、および反射ミラー３９８を通り、さらにフィールドレンズ４０４を通って青色光用の液晶パネル４１０Ｂに達する。なお、青色光にリレー光学系３９０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、光の拡散等による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３９２に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４０４に伝えるためである。
【００３６】
３つの液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂは、入射した光を、与えられた画像情報（画像信号）に従って変調する電気光学装置としての機能を有している。これにより、３つの液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調されて各色光の画像を形成する。なお、３つの液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂの光入射面側および光出射面側には、図示しない偏光板が設けられている。
【００３７】
３つの液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂから射出された３色の変調光は、クロスダイクロイックプリズム４２０に入射する。クロスダイクロイックプリズム４２０は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成光学系としての機能を有している。クロスダイクロイックプリズム４２０には、赤色光を反射する誘電体多層膜と、青色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色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。このクロスダイクロイックプリズム４２０で生成された合成光は、投写レンズ４０の方向に射出される。投写レンズ４０は、この合成光を投写スクリーン上に投写する機能を有し、投写スクリーン上にカラー画像を表示する。
【００３８】
以上のような本実施例のプロジェクタでは、遮光板３５０，４３０の位置または可変絞り４４０のスリット幅を調整することにより、大きなスクリーンに画像を投写する際には高輝度で鮮明な画像が得られる一方、小さなスクリーンに画像を投写する場合には、画像が見やすくなるまでその輝度を下げることができるので、スクリーンの大小にかかわらず一つのプロジェクタを利用することが可能となる。
また、偏光変換素子アレイ３６０付近は光源のアークの像の近傍となって、光変換素子アレイ３６０付近と投写レンズの入射瞳とはほぼ共役の関係となっているため、この付近に遮光板３５０，４３０や可変絞り４４０を配置しても、それらの作用によって照明ムラを起こすこともない。
また、輝度を下げることにより、液晶パネル４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂに入る光量が全体として減少するため、これらの液晶パネルの耐光性が向上してその長寿命化にも寄与できる。
【００３９】
なお、上記実施形態では、透過型の液晶パネルを用いた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、反射型の液晶パネルを用いた投写型表示装置にも適用することが可能である。また、後述のように、電気光学装置は液晶パネルに限定されない。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等の電気光学装置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」とは液晶パネル等の電気光学装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型の電気光学装置を採用した投写型表示装置では、ダイクロイックプリズムが、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ともに、変調された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も利用されることがある。
【００４０】
また、光変調用電気光学装置は液晶パネル（例えば液晶ライトバルブ）に限られるものではなく、例えば、マイクロミラーを用いた装置であっても良い。
また、色光合成光学系であるプリズムも、４つの三角柱状プリズムの接着面に沿って二種類の色選択面が形成されたダイクロイックプリズムに限られず、色選択面が一種類のダイクロイックプリズムや、偏光ビームスプリッタであっても良い。その他、プリズムは、略六面体状の光透過性の箱の中に光選択面を配置し、そこに液体を充填したようなものであっても良い。
【００４１】
さらに、投写型表示装置としては、投写像を観察する方向から投写を行う前面投写型表示装置と、投写像を観察する方向とは反対側から投写を行う背面投写型表示装置とがあるが、上記実施の形態で示した構成は、そのいずれにも適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、光学機器の高輝度化を維持するとともに、投写光学系（例えば投写レンズ）等他の光学系の設計の自由度を損なうことなく、また照明ムラを生じさせることなく、その輝度を必要に応じて調節できる照明光学系およびこれを備えたプロジェクタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプロジェクタの光学系を示す平面図。
【図２】図１の光学系を構成する照明光学系の説明図。
【図３】照明光学系を構成する第１レンズアレイの正面図（Ａ）および側面図（Ｂ）。
【図４】偏光変換素子アレイの外観を示す斜視図。
【図５】偏光変換素子アレイの作用を示す模式図。
【図６】偏光分離膜への入射光量を調節する遮光板の一例を示す正面図。
【図７】偏光分離膜への入射光量を調節する遮光板の別の例を示す正面図。
【図８】本発明の実施の形態に係る照明光学系の作用を示す模式図。
【図９】図８の光学系における遮光板が設けられた付近の拡大図。
【図１０】偏光分離膜への入射光量を調節する可変絞りの一例を示す概略斜視図。
【図１１】一般的なプロジェクタの外観を示す斜視図。
【図１２】公知のプロジェクタの光学系を示す構成図。
【図１３】図１２の光学系を構成する照明光学系の作用を示す模式図。
【符号の説明】
２０  光源ユニット
３０  光学ユニット
４０  投写レンズ
２００  光源
２０２  部分光束
２１０  光源ランプ
２１２  凹面鏡
３００  インテグレータ光学系
３２０  第１レンズアレイ
３２１  第１レンズアレイを構成する小レンズ
３４０  第２レンズアレイ
３４１  第２レンズアレイを構成する小レンズ
３５０  遮光板
３６０，３６１，３６２  偏光変換素子アレイ
３６３  偏光ビームスプリッタアレイ
３６４  λ／２位相差板
３６５  透光性部材
３６６  偏光分離膜
３６７  反射膜
３６８  偏光変換素子
３７０  重畳レンズ
３８０  色光分離光学系
３８２  第１ダイクロイックミラー
３８４  反射ミラー
３８６  第２ダイクロイックミラー
３９０  リレー光学系
３９４，３９８  反射ミラー
４００，４０２，４０４  フィールドレンズ
４１０Ｒ，４１０Ｇ，４１０Ｂ  液晶パネル
４２０  クロスダイクロイックプリズム
４３０，４３０Ａ〜４３０Ｉ  遮光板
４４０，４４１Ａ〜４４１Ｄ  可変絞り
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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