(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の波長用の発光面を有し、該第一の波長用の発光面から第一の波長の光を放射する第一の波長用の面発光光源と、
前記第一の波長より波長が短い第二の波長用の発光面を有し、該第二の波長用の発光面から第二の波長の光を放射する第二の波長用の面発光光源と、
前記第一の波長用の発光面から放射された第一の波長の光を平行光化する、正のパワーを有する第一の波長用のコリメートレンズと、
前記第二の波長用の発光面から放射された第二の波長の光を平行光化する、正のパワーを有する第二の波長用のコリメートレンズと、
前記第一の波長用のコリメートレンズを通過した第一の波長の光と、前記第二の波長用のコリメートレンズを通過した第二の波長の光とを合成する光合成手段と、
前記合成された光を集光する、正のパワーを有するコンデンサレンズと、
前記コンデンサレンズで集光された光が入射する入射面及び光強度分布が均一化された光を出射する出射面を有する光強度分布均一化素子と
を備え、
前記第一の波長用の発光面及び前記第二の波長用の発光面は、同じ大きさの矩形形状であり、且つ、前記光強度分布均一化素子の入射面と相似形状であり、
前記第一の波長用のコリメートレンズ及び前記第二の波長用のコリメートレンズは、互いに同じ構造を有し、
前記第一の波長用のコリメートレンズから前記コンデンサレンズまでの光学距離及び前記第二の波長用のコリメートレンズから前記コンデンサレンズまでの光学距離が略同一となるように、前記第一の波長用のコリメートレンズ及び前記第二の波長用のコリメートレンズが配置され、
前記第一の波長用の発光面から前記第一の波長用のコリメートレンズまでの第一の波長の光の光学距離は前記第二の波長用の発光面から前記第二の波長用のコリメートレンズまでの第二の波長の光の光学距離より長くなるように、且つ、前記第一の波長用のコリメートレンズ及び前記コンデンサレンズが前記光強度分布均一化素子の入射面上に結像させる前記第一の波長用の発光面の２次光源像と、前記第二の波長用のコリメートレンズ及び前記コンデンサレンズが前記光強度分布均一化素子の入射面上に結像させる前記第二の波長用の発光面の２次光源像とが、互いに同じ大きさになるように、前記第一の波長用の面発光光源及び前記第二の波長用の面発光光源を配置した
ことを特徴とする集光光学系。
【請求項２】
前記第二の波長より波長が短い第三の波長用の発光面を有し、該第三の波長用の発光面から第三の波長の光を放射する第三の波長用の面発光光源と、
前記第三の波長用の発光面から放射された第三の波長の光を平行光化する、正のパワーを有する第三の波長用のコリメートレンズと
をさらに備え、
前記光合成手段は、前記第一の波長用のコリメートレンズを通過した第一の波長の光と、前記第二の波長用のコリメートレンズを通過した第二の波長の光と、前記第三の波長用のコリメートレンズを通過した第三の波長の光とを合成し、
前記第一の波長用の発光面、前記第二の波長用の発光面、及び前記第三の波長用の発光面は、同じ大きさの矩形形状であり、且つ、前記光強度分布均一化素子の入射面と相似形状であり、
前記第一の波長用のコリメートレンズ、前記第二の波長用のコリメートレンズ、及び前記第三の波長用のコリメートレンズは、互いに同じ構造を有し、
前記第一の波長用のコリメートレンズから前記コンデンサレンズまでの光学距離、前記第二の波長用のコリメートレンズから前記コンデンサレンズまでの光学距離、及び前記第三の波長用のコリメートレンズから前記コンデンサレンズまでの光学距離が略同一となるように、前記第一の波長用のコリメートレンズ、前記第二の波長用のコリメートレンズ、及び前記第三の波長用のコリメートレンズが配置され、
前記第一の波長用の発光面から前記第一の波長用のコリメートレンズまでの第一の波長の光の光学距離は前記第二の波長用の発光面から前記第二の波長用のコリメートレンズまでの第二の波長の光の光学距離より長く、前記第二の波長の光の光学距離は前記第三の波長の光の発光面から前記第三の波長用のコリメートレンズまでの第三の光の光学距離より長くなるように、且つ、前記第一の波長用のコリメートレンズ及び前記コンデンサレンズが前記光強度分布均一化素子の入射面上に結像させる前記第一の波長用の発光面の２次光源像と、前記第二の波長用のコリメートレンズ及び前記コンデンサレンズが前記光強度分布均一化素子の入射面上に結像させる前記第二の波長用の発光面の２次光源像と、前記第三の波長用のコリメートレンズ及び前記コンデンサレンズが前記光強度分布均一化素子の入射面上に結像させる前記第三の波長用の発光面の２次光源像とが、互いに同じ大きさになるように、前記第一の波長用の面発光光源、前記第二の波長用の面発光光源、及び前記第三の波長用の面発光光源を配置した
ことを特徴とする請求項１に記載の集光光学系。
【請求項３】
前記第一の波長用のコリメートレンズ、前記第二の波長用のコリメートレンズ、及び前記コンデンサレンズは、それぞれ１枚以上のレンズから構成され、且つ、同じガラス材から構成されることを特徴とする請求項１に記載の集光光学系。
【請求項４】
前記第一の波長用のコリメートレンズ、前記第二の波長用のコリメートレンズ、前記第三の波長用のコリメートレンズ、及び前記コンデンサレンズは、それぞれ１枚以上のレンズから構成され、且つ、同じガラス材から構成されることを特徴とする請求項２に記載の集光光学系。
【請求項５】
前記光合成手段は、ダイクロイックミラーを有することを特徴とする請求項１に記載の集光光学系。
【請求項６】
前記光合成手段は、互いに直交して配置された２枚のダイクロイックミラーを有することを特徴とする請求項２又は４に記載の集光光学系。
【請求項７】
前記光合成手段は、互いに平行に配置された２枚のダイクロイックミラーを有することを特徴とする請求項２又は４に記載の集光光学系
【請求項８】
前記光合成手段と前記コンデンサレンズとの間に、前記合成された光の光路を前記コンデンサレンズに向けるように変える反射ミラーを備えたことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の集光光学系。
【請求項９】
前記集光光学系は、前記第一の波長用の面発光光源側及び前記第二の波長用の面発光光源側のそれぞれにテレセントリックな光学系であり、
前記第一の波長用の発光面及び前記第二の波長用の発光面のそれぞれに、フォトニクス結晶体を備えた
ことを特徴とする請求項１又は３に記載の集光光学系。
【請求項１０】
前記集光光学系は、前記第一の波長用の面発光光源側、前記第二の波長用の面発光光源側、及び前記第三の波長用の面発光光源側のそれぞれにテレセントリックな光学系であり、
前記第一の波長用の発光面、前記第二の波長用の発光面、及び前記第三の波長用の発光面のそれぞれに、フォトニクス結晶体を備えた
ことを特徴とする請求項２又は４に記載の集光光学系。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の集光光学系と、
前記集光光学系から出射された光が入射され、該入射した光を変調して映像光を生成する画像表示素子と、
前記画像表示素子で生成された前記映像光を拡大投写する投写光学系と
を備えたことを特徴とする投写型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光光学系及びこれを用いた投写型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、投写型画像表示装置の光源には、主としてランプ光源が用いられていた。しかし、ランプ光源は、赤色の光量が少なく、寿命が短い等の欠点を有する。そこで、近年、ランプ光源に代えて、面発光光源、例えば、ランプ光源よりも長い寿命を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられるようになってきた。ＬＥＤが放射する光は波長範囲が狭いので、投写型画像表示装置の光源として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色のＬＥＤを組み合わせて用いることにより、広い色再現域を実現することができる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のＬＥＤ及びインテグレータロッドを用いた照明システムが提案されている。このシステムにおいては、各色のＬＥＤから放射された各色の光を、各色に対応したコリメートレンズにより平行光化した上でダイクロイックミラー等により合成し、合成された光を共通のコンデンサレンズによりインテグレータロッドの入射面に集光させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４２３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、軸上色収差は、ガラス材の屈折率が、波長が短いほど高くなるという特性の違いにより発生する。このため、各色のＬＥＤに対応して備えられた各色用のコリメートレンズを同じ構造のものとし、各色のＬＥＤの発光面から対応する各色用のコリメートレンズまでの距離を同じにした場合であっても、コリメートレンズによって軸上色収差が発生し、さらに、コンデンサレンズによって軸上色収差が強められる。このため、インテグレータロッドの入射面近傍に形成されるＬＥＤの発光面の２次光源像の結像位置が色ごとに異なってしまい、その結果、インテグレータロッドの入射面における集光効率が色ごとに異なってしまうという問題がある。例えば、緑色光の集光効率を最大化しようとすると、赤色光及び青色光の集光効率が低下し、全体として光利用効率が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
また、各色のＬＥＤから放射された光のそれぞれを、異なる構造を持つ各色用のコリメートレンズによって完全に平行光化した場合であっても、コンデンサレンズによって軸上色収差が発生するので、光利用効率が低下してしまうという問題は存在する。
【０００７】
さらに、コリメートレンズ及びコンデンサレンズを色消しレンズとすることによって色収差の問題を解消することも考えられるが、レンズ枚数の増大に伴って構成が複雑になり、その結果、製品コストが高くなるという別の問題が生じる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡単な構成でありながら、光利用効率の高い集光光学系及びこの集光光学系を用いた投写型画像表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る集光光学系は、第一の波長用の発光面を有し、該第一の波長用の発光面から第一の波長の光を放射する第一の波長用の面発光光源と、前記第一の波長より波長が短い第二の波長用の発光面を有し、該第二の波長用の発光面から第二の波長の光を放射する第二の波長用の面発光光源と、前記第一の波長用の発光面から放射された第一の波長の光を平行光化する、正のパワーを有する第一の波長用のコリメートレンズと、前記第二の波長用の発光面から放射された第二の波長の光を平行光化する、正のパワーを有する第二の波長用のコリメートレンズと、前記第一の波長用のコリメートレンズを通過した第一の波長の光と、前記第二の波長用のコリメートレンズを通過した第二の波長の光とを合成する光合成手段と、前記合成された光を集光する、正のパワーを有するコンデンサレンズと、前記コンデンサレンズで集光された光が入射する入射面及び光強度分布が均一化された光を出射する出射面を有する光強度分布均一化素子とを備え、前記第一の波長用の発光面及び前記第二の波長用の発光面は、同じ大きさの矩形形状であり、且つ、前記光強度分布均一化素子の入射面と相似形状であり、前記第一の波長用のコリメートレンズ及び前記第二の波長用のコリメートレンズは、互いに同じ構造を有し、前記第一の波長用のコリメートレンズから前記コンデンサレンズまでの光学距離及び前記第二の波長用のコリメートレンズから前記コンデンサレンズまでの光学距離が略同一となるように、前記第一の波長用のコリメートレンズ及び前記第二の波長用のコリメートレンズが配置され、前記第一の波長用の発光面から前記第一の波長用のコリメートレンズまでの第一の波長の光の光学距離は前記第二の波長用の発光面から前記第二の波長用のコリメートレンズまでの第二の波長の光の光学距離より長くなるように、且つ、前記第一の波長用のコリメートレンズ及び前記コンデンサレンズが前記光強度分布均一化素子の入射面上に結像させる前記第一の波長用の発光面の２次光源像と、前記第二の波長用のコリメートレンズ及び前記コンデンサレンズが前記光強度分布均一化素子の入射面上に結像させる前記第二の波長用の発光面の２次光源像とが、互いに同じ大きさになるように、前記第一の波長用の面発光光源及び前記第二の波長用の面発光光源を配置したことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明に係る投写型画像表示装置は、前記集光光学系と、前記集光光学系から出射された光が入射され、該入射した光を変調して映像光を生成する画像表示素子と、前記画像表示素子で生成された前記映像光を拡大投写する投写光学系とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る集光光学系は、赤色用の発光面から赤色用のコリメートレンズまでの赤色光の光学距離は緑色用の発光面から緑色用のコリメートレンズまでの緑色光の光学距離より長く、前記緑色光の光学距離は青色用の発光面から青色用のコリメートレンズまでの青色光の光学距離より長くなるように、且つ、赤色用の発光面の２次光源像と、緑色用の発光面の２次光源像と、青色用の発光面の２次光源像とが、互いに同じ大きさになるように、赤色用の面発光光源、緑色用の面発光光源、及び青色用の面発光光源を配置したことによって、簡単な構成でありながら、光強度分布均一化素子における光量損失を招くことがなく、高い光利用効率を実現することを可能にしている。
【００１２】
また、本発明に係る投写型画像表示装置によれば、構成の簡単な集光光学系を用いて、高輝度な画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る集光光学系及び投写型画像表示装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】実施の形態１に係る集光光学系の光路を示す図である。
【図３】比較例の集光光学系における軸上色収差を説明するための図である。
【図４】実施の形態１に係る集光光学系の主光線を示す図である。
【図５】出射光がランバーシアン分布を有する面発光光源を示す図である。
【図６】フォトニクス結晶体を備えた面発光光源を示す図である。
【図７】実施の形態１に係る集光光学系の主光線を示す図である。
【図８】コリメートレンズとコンデンサレンズ間の距離を大きくした場合の主光線を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る集光光学系及び投写型画像表示装置の構成を概略的に示す図である。
【図１０】クロスダイクロイックミラーの構造を概略的に示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る集光光学系及び投写型画像表示装置の構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る集光光学系１及び投写型画像表示装置２の構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、実施の形態１に係る集光光学系１は、赤（Ｒ）色用の発光面１２ｒを有し、この赤色用の発光面１２ｒから赤色光を放射する赤色用の面発光光源１１ｒと、緑（Ｇ）色用の発光面１２ｇを有し、この緑色用の発光面１２ｇから緑色光を放射する緑色用の面発光光源１１ｇと、青（Ｂ）色用の発光面１２ｂを有し、この青色用の発光面１２ｂから青色光を放射する青色用の面発光光源１１ｂとを備えている。面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂとしては、ＬＥＤ、エレクトロルミネッセンス素子、半導体レーザ等を用いることができるが、以下の説明では、面発光光源がＬＥＤである場合を説明する。
【００１５】
また、実施の形態１に係る集光光学系１は、赤色用の発光面１２ｒから放射された赤色光を平行光化する（すなわち、略平行光にする）、正のパワーを有する赤色用のコリメートレンズ１３ｒと、緑色用の発光面１２ｇから放射された緑色光を平行光化する（すなわち、略平行光にする）、正のパワーを有する緑色用のコリメートレンズ１３ｇと、青色用の発光面１２ｂから放射された青色光を平行光化する（すなわち、略平行光にする）、正のパワーを有する青色用のコリメートレンズ１３ｂとを備えている。
【００１６】
また、実施の形態１に係る集光光学系１は、赤色用のコリメートレンズ１３ｒを通過した赤色光と、緑色用のコリメートレンズ１３ｇを通過した緑色光と、青色用のコリメートレンズ１３ｂを通過した青色光とを合成する光合成手段を備えている。図１において、光合成手段は、例えば、互いに直交する２枚のダイクロイックミラー１７、１８を含むクロスダイクロイックミラーから構成されている。ダイクロイックミラー１７、１８は、特定の波長帯域の光を透過又は反射させる特性を有する。実施の形態１においては、光合成手段は、緑色光及び青色光を透過させ赤色光を反射するダイクロイックミラー１７と、赤色光及び緑色光を透過させ青色光を反射するダイクロイックミラー１８とを備えている。ダイクロイックミラー１７、１８からなるクロスダイクロイックミラーは、２枚のダイクロイックミラーを互いに離して配置する場合に比べて、ミラー配置スペースを小さくでき、よりコンパクトな集光光学系を実現できる。なお、光合成手段の構成は、図示の構成に限定されない。
【００１７】
さらに、集光光学系１は、光合成手段によって合成された光を集光する、正のパワーを有するコンデンサレンズ１９と、コンデンサレンズ１９で集光された光が入射する入射面２１及び光強度分布が均一化された光を出射する出射面２２を有する光強度分布均一化素子としてのインテグレータロッド２０とを備えている。コンデンサレンズ１９は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光に共通の構成であり、ダイクロイックミラー１７、１８により合成された光を受け、この合成された光を所望の角度でインテグレータロッド２０の入射面２１に集光させる。インテグレータロッド２０は、断面が矩形である四角柱状のガラスから構成されており、入射面２１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ及び画像表示素子（図１の符号２４）と相似形の矩形形状を有している。インテグレータロッド２０の入射面２１に入射した光は、ガラスと空気の界面での全反射を繰り返しながらインテグレータロッド内部を伝播することで、各色の光が均一化され、出射面２２から出射される。なお、光強度分布均一化素子は、インテグレータロッド２０に限定されず、他の構成の素子であってもよい。
【００１８】
実施の形態１においては、赤色用の発光面１２ｒ、緑色用の発光面１２ｇ、及び青色用の発光面１２ｂは、同じ大きさの矩形形状の平面であり、且つ、インテグレータロッド２０の入射面２１と相似形状である。ここでいう相似形状とは、完全な相似形状だけでなく、略相似形状である場合を含む。また、発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、発光面全域に亘って略均一の輝度を有する。
【００１９】
赤色用のコリメートレンズ１３ｒ、緑色用のコリメートレンズ１３ｇ、及び青色用のコリメートレンズ１３ｂは、互いに同じ構造を有し、その結果、同じ光学性能を有している。コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂは、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから大きな広がり角で放射される光を受け、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから放射される広がり角よりも小さい広がり角の光に変換する。赤色用のコリメートレンズ１３ｒ、緑色用のコリメートレンズ１３ｇ、青色用のコリメートレンズ１３ｂ、及びコンデンサレンズ１９のそれぞれは、例えば、１枚以上のレンズから構成され、且つ、同じガラス材から構成される。
【００２０】
また、実施の形態１においては、赤色用のコリメートレンズ１３ｒからコンデンサレンズ１９までの光学距離（Ｄｒ＋Ｄｗ）、緑色用のコリメートレンズ１３ｇからコンデンサレンズ１９までの光学距離（Ｄｇ＋Ｄｗ）、及び青色用のコリメートレンズ１３ｂからコンデンサレンズ１９までの光学距離（Ｄｂ＋Ｄｗ）が同一（略同一を含む。）となるように、赤色用のコリメートレンズ１３ｒ、緑色用のコリメートレンズ１３ｇ、及び青色用のコリメートレンズ１３ｂが配置されている。図１に示されるように、Ｄｒは赤色用のコリメートレンズ１３ｒからダイクロイックミラー１７と１８の交点までの距離、Ｄｇは緑色用のコリメートレンズ１３ｇからダイクロイックミラー１７と１８の交点までの距離、Ｄｂは青色用のコリメートレンズ１３ｂからダイクロイックミラー１７と１８の交点までの距離、Ｄｗはダイクロイックミラー１７と１８の交点からコンデンサレンズ１９までの距離を示す。
【００２１】
さらに、実施の形態１においては、赤色用の発光面１２ｒから赤色用のコリメートレンズ１３ｒまでの赤色光の光学距離Ｌｒは緑色用の発光面１２ｇから緑色用のコリメートレンズ１３ｇまでの緑色光の光学距離Ｌｇより長く、緑色光の光学距離Ｌｇは青色用の発光面１２ｂから青色用のコリメートレンズ１３ｂまでの青色光の光学距離Ｌｂより長くなるように（すなわち、Ｌｂ＜Ｌｇ＜Ｌｒを満たすように）、赤色用の面発光光源１１ｒ、緑色用の面発光光源１１ｇ、及び青色用の面発光光源１１ｂが配置されている。加えて、赤色用のコリメートレンズ１３ｒ及びコンデンサレンズ１９がインテグレータロッド２０の入射面２１上に結像させる赤色用の発光面１２ｒの２次光源像と、緑色用のコリメートレンズ１３ｇ及びコンデンサレンズ１９がインテグレータロッド２０の入射面２１上に結像させる緑色用の発光面１２ｇの２次光源像と、青色用のコリメートレンズ１３ｂ及びコンデンサレンズ１９がインテグレータロッド２０の入射面２１上に結像させる青色用の発光面１２ｂの２次光源像とが、互いに同じ大きさになるように、赤色用の面発光光源１１ｒ、緑色用の面発光光源１１ｇ、及び青色用の面発光光源１１ｂが配置されている。ここでいう、同じ大きさとは、完全に同一の大きさだけでなく、略同一の大きさをも含む。
【００２２】
また、図１に示されるように、投写型画像表示装置２は、集光光学系１と、集光光学系１から出射されて光強度分布が均一化された光が入射される照明光学系２３と、照明光学系２３を通過した光を変調して映像光を生成する画像表示素子２４と、画像表示素子２４で生成された映像光をスクリーン２７に拡大投写する投写光学系２６とを備えている。
【００２３】
照明光学系２３は、インテグレータロッド２０から出射した光を、画像表示素子２４の表示面２５に照射させる。このとき、インテグレータロッド２０の出射面２２と画像表示素子２４の表示面２５が共役な関係となっており、均一な輝度を有する矩形のインテグレータロッド２０の出射面２２が、画像表示素子２４の表示面２５上に結像される。よって、面発光光源１１ｒ（又は１１ｇ又は１１ｂ）の発光面１２ｒ（又は１２ｇ又は１２ｂ）、及び、インテグレータロッド２０の入射面２１、及び、画像表示素子２４の表示面２５をそれぞれ互いに相似な形状とすることにより、効率良く画像表示素子２４の表示面２５を照明することができ、高い光利用効率を得ることができる。
【００２４】
画像表示素子２４は、例えば、透過型若しくは反射型の液晶パネル、又はＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏ−Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）であり、表示面２５に多数の画素が二次元的に配列された構造を有している。画像表示素子２４は、照明光学系２３により照射された光を映像信号に応じて画素毎に強度変調することにより、映像光を生成する。
【００２５】
投写光学系２６は、レンズ、又は、反射ミラー、又は、それらの組み合わせ等で構成され、画像表示素子２４により生成された映像光をスクリーン２７に向けて拡大投写し、スクリーン２７に画像を表示する。
【００２６】
投写型画像表示装置２においては、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから放射される光は、対応するコリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂを透過し、ダイクロイックミラー１７、１８により合成され、コンデンサレンズ１９によりインテグレータロッド２０の入射面２１に集光する。インテグレータロッド２０により光強度分布が均一化された光は、レンズなどから構成される照明光学系２３を通過して、画像表示素子２４に照射され、画像表示素子２４により変調された画像光は、投写光学系２６によりスクリーン２７に拡大投写され、スクリーン２７に画像が表示される。
【００２７】
次に、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂのサイズと、インテグレータロッド２０の入射面２１のサイズと、画像表示素子２４の表示面２５のサイズとの関係についてより詳細に説明する。実施の形態１においては、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂとインテグレータロッド２０の入射面２１は共役な関係になっており、且つ、インテグレータロッド２０の出射面２２と画像表示素子２４の表示面２５は共役な関係になっている。よって、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂとインテグレータロッド２０の入射面２１は、ともに画像表示素子２４と略相似形とすることが、高い光利用効率を得る上で望ましい。
【００２８】
一般に、集光光学系及び照明光学系を設計する際に考慮される概念として、Ｅｔｅｎｄｕｅ（エタンデュ）という量がある。Ｅｔｅｎｄｕｅの概念を実施の形態１に係る集光光学系１及び投写型画像表示装置２に適用すると、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから出射される光束の配光分布をランバーシアン分布（完全拡散）と仮定したときの面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ、インテグレータロッド２０、画像表示素子２４のＥｔｅｎｄｕｅは、発光面又は受光面の面積と、発光面から放射される光又は受光面で受光される光の立体角との積で定義され、以下の式（１）〜（３）で表される。
Ｅｓ＝Ａｓ×π×ｓｉｎ２（θｓ）            …（１）
Ｅｉ＝Ａｉ×π×ｓｉｎ２（θｉ）            …（２）
Ｅｌ＝Ａｌ×π×ｓｉｎ２（θｌ）            …（３）
【００２９】
式（１）において、Ｅｓは、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂのＥｔｅｎｄｕｅであり、Ａｓは、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの面積であり、θｓは、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから放射され、コリメータレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂで取り込もうとする光線のうち、最も大きな広がり角で放射される光線の、発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの法線に対する角度（取込角）である。
【００３０】
式（２）において、Ｅｉは、インテグレータロッド２０のＥｔｅｎｄｕｅであり、Ａｉは、インテグレータロッド２０の入射面２１の面積であり、θｉは、前記取込角にて面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから放射され、インテグレータロッド２０の入射面２１に入射する光線の、インテグレータロッド２０の入射面２１の法線に対する角度（集光角）である。
【００３１】
式（３）において、Ｅｌは、画像表示素子２４のＥｔｅｎｄｕｅであり、Ａｌは、画像表示素子２４の表示面２５の面積であり、θｌは、前記集光角にてインテグレータロッド２０の入射面２１に入射後、画像表示素子２４の表示面２５に入射する光線の、表示面２５の法線に対する角度（照明角）である。なお、πは円周率である。
【００３２】
一般に、集光光学系及び照明光学系は、上記Ｅｓ、Ｅｉ、Ｅｌの値が等しくなるよう設計される。例えば、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂのサイズが３ｍｍ×４ｍｍ（対角寸法５ｍｍ）であり、発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから半球状に放射された（θｓ＝９０°）光束の配光分布がランバーシアン分布であるとすると、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂのＥｔｅｎｄｕｅは、式（１）を用いて以下のように計算でき、約３７．７となる。
Ｅｓ＝Ａｓ×π×ｓｉｎ２（θｓ）
＝（３×４）×π×ｓｉｎ２（９０°）
＝１２×π≒３７．７
【００３３】
これに対応し、画像表示素子２４の表示面２５のサイズを１２ｍｍ×１６ｍｍ（対角寸法２０ｍｍ）とし、画像表示素子２４の表示面２５を照明する光のＦ値を２．０（θｌ≒１４．５°）と設定すれば、画像表示素子２４のＥｔｅｎｄｕｅは、式（２）を用いて以下のように計算でき、約３７．７となり、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂのＥｔｅｎｄｕｅと等しくすることができる。
Ｅｉ＝Ａｉ×π×ｓｉｎ２（θｉ）
＝（１２×１６）×π×ｓｉｎ２（１４．５°）
≒１９２×π×０．０６２７≒３７．７
【００３４】
また、インテグレータロッド２０の入射面２１に入射する光のＦ値を１．０（θｉ＝３０°）とすると、インテグレータロッド２０の入射面２１のサイズを６ｍｍ×８ｍｍ（対角寸法１０ｍｍ）と設定すれば、インテグレータロッド２０のＥｔｅｎｄｕｅは、式（３）を用いて以下のように計算でき、約３７．７となり、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂのＥｔｅｎｄｕｅ及び画像表示素子２４のＥｔｅｎｄｕｅの両方と等しくすることができる。
Ｅｌ＝Ａｌ×π×ｓｉｎ２（θｌ）
＝（６×８）×π×ｓｉｎ２（３０°）
＝４８×π×０．２５≒３７．７
【００３５】
上記の例の場合、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ及びコンデンサレンズ１９からなる光学系は、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ（サイズ：３ｍｍ×４ｍｍ）を２倍に拡大してインテグレータロッド２０の入射面２１（サイズ：６ｍｍ×８ｍｍ）に結像させることになる。このとき、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ及びコンデンサレンズ１９からなる光学系の有する収差が大きく、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの２次光源像が、インテグレータロッド２０の入射面２１よりも大きく結像されると、インテグレータロッド２０の入射面２１の外側にも光が照射され（入射面２１に入射されない光が存在し）、光量損失が生じてしまう。
【００３６】
また、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ及びコンデンサレンズ１９からなる光学系の倍率を所望の値よりも小さくすると、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの２次光源像がより小さくなり、インテグレータロッド２０の入射面２１の外側に照射される光はなくなる。しかし、インテグレータロッド２０の入射面２１に入射する光の集光角が大きくなるため、画像表示素子２４の表示面２５に入射する光の照明角も大きくなり、光量損失が生じるか、又は、投写光学系の大型化を招くこととなってしまう。よって、集光光学系１は、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから所定の取込角で放射される光を、所定の集光角で所定のサイズに結像させる必要があり、この所定の集光角及び結像サイズを超えると、光量損失等が生じてしまう。
【００３７】
ただし、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから放射される光をすべて（θｓ＝９０°まで）取り込むことは困難であること、また、製造誤差や均一性を考慮して、画像表示素子２４の表示面２５を照明する際には、表示面２５よりもやや大きめに照明すること等により、実際には、光学系の仕様に合わせて取込角やインテグレータロッド２０の入射面２１のサイズ等は適宜最適化してもよい。
【００３８】
図２は、実施の形態１に係る集光光学系１の光路を示す図である。また、図３は、比較例の集光光学系における軸上色収差を説明するための図である。図２及び図３においては、説明を簡単にするために、ダイクロイックミラー１７，１８を省略しており、光路を直線状に示しており、各色の光路を重ねて示している。また、図２において、８１ｒ、８１ｇ、８１ｂはそれぞれ、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの中心から同一の所望の取込角で放射される光、ＡＸ１は光軸、ｆ０はコリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの（発光面から放射される）緑色の波長における前側焦点、ｆ１はコンデンサレンズ１９の（発光面から放射される）緑色の波長における後側焦点を示す。
【００３９】
コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ及びコンデンサレンズ１９は、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂをインテグレータロッド２０の入射面２１上に高い結像性能をもって結像させる必要がある。そのためには、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ及びコンデンサレンズ１９の構成材料として、比較的高屈折率のガラス材を使用するのが収差補正上好ましい。しかし、図３（比較例）に同一位置の発光面９２ｒ、９２ｇ、９２ｂからの光の集光点９５ｒ、９５ｇ、９５ｂで示されるように、高屈折率のガラス材は一般に分散が大きいため、正のパワーを持つコリメートレンズ９３ｒ、９３ｇ、９３ｂとコンデンサレンズ９４の軸上色収差が強めあい、軸上色収差が一層大きくなってしまう。
【００４０】
一方、実施の形態１に係る集光光学系１では、各色の面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから対応する各コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂまでの距離は、Ｌｂ＜Ｌｇ＜Ｌｒとなっており、かつ、面発光光源１１ｇの発光面１２ｇは、コリメートレンズ１３ｇの（発光面から放射される）緑色の波長における前側焦点ｆ０を含むように（発光面１２ｇ上に（発光面から放射される）緑色の波長における前側焦点ｆ０が位置するように）配置されている。よって、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂを透過した緑色光８１ｇは平行化されているが、コリメートレンズ１３ｂを透過した青色光８１ｂは発散した状態となり、コリメートレンズ１３ｒを透過した赤色光８１ｒは収束した状態となっている。各色の光８１ｒ、８１ｇ、８１ｂがコンデンサレンズ１９に入射すると、緑色光８１ｇは、コンデンサレンズ１９の（発光面から放射される）緑色の波長における後側焦点ｆ１に所望の集光角で集光する。また、発散した状態の青色光８１ｂは、コンデンサレンズ１９の分散により緑色光よりも強い正のパワーで屈折され、緑色光８１ｇと同一の集光角で（発光面から放射される）緑色の波長における後側焦点ｆ１に集光する。同様に、収束した状態の赤色光８１ｒは、コンデンサレンズ１９の分散により緑色光よりも弱い正のパワーで屈折され、赤色光８１ｇと同一の集光角で（発光面から放射される）緑色の波長における後側焦点ｆ１に集光する。よって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色間に軸上色収差が生じることなく、各色とも、同一の取込角にて面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから放射された光が、同一の所望の集光角でインテグレータロッド２０の入射面２１に集光する。すなわち、各色の面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから対応する各コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂまでの距離Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂを、Ｌｂ＜Ｌｇ＜Ｌｒのように設定することにより、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ及びコンデンサレンズ１９の軸上色収差を補正でき、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ及びコンデンサレンズ１９を色消しレンズとする必要をなくすることができる。よって、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ及びコンデンサレンズ１９をすべて同一のガラス材とすることもできる。また、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ及びコンデンサレンズ１９を、分散は大きいが収差補正に有利な高屈折率のガラス材を使用することができる。これにより、集光光学系１の構成の簡素化及び高い光利用効率が実現できる。
【００４１】
仮定として、光線を逆進させた場合を考えると、インテグレータロッド２０の入射面２１がコンデンサレンズ１９及びコリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂにより面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ側に結像される。この場合には、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂを基準にしてインテグレータロッド２０の反対側に赤色の像、緑色の像、青色の像が形成されるが、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂから最も遠い位置に赤色の像が形成され、次に遠い位置に緑色の像が形成され、最も近い位置に青色の像が形成される。実施の形態１に係る集光光学系１における面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの各位置は、上記仮定の場合の、赤色の像の位置、緑色の像の位置、青色の像の位置である。
【００４２】
図４は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの隅からの主光線の光路を示す図である。図４において、図２に示される要素と同一の要素には、同一の符号を付している。図４において、８２ｒ、８２ｇ、８２ｂはそれぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの隅から放射される主光線、ｆ２はコリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの（発光面から放射される）緑色の波長における後側焦点である。コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ及びコンデンサレンズ１９からなる光学系は、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ側にテレセントリックな光学系を構成している。面発光光源１１ｇの発光面１２ｇの隅から、発光面１２ｇの法線方向（光軸ＡＸ３に平行）に出射した主光線８２ｇは、コリメートレンズ１３ｇにより屈折された後、コリメートレンズ１３ｇの（発光面から放射される）緑色の波長における後側焦点ｆ２を通り、コンデンサレンズ１９に入射し、該コンデンサレンズ１９により屈折された後、光軸ＡＸ３に対して平行となり、インテグレータロッド２０の入射面２１の対応する隅に入射する。すなわち、コンデンサレンズ１９は、このコンデンサレンズ１９の（発光面から放射される）緑色の波長における前側焦点がコリメートレンズ１３ｇの（発光面から放射される）緑色の波長における後側焦点ｆ２と一致するように配置されているため、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ及びコンデンサレンズ１９からなる光学系は、緑色光に対してインテグレータロッド２０側についてもテレセントリックな光学系を構成している。
【００４３】
また、青色用の面発光光源１１ｂの発光面１２ｂの隅から光軸ＡＸ３に平行に出射した主光線８２ｂは、コリメートレンズ１３ｂにより、光線８２ｇよりも強く屈折された後、コリメートレンズ１３ｂの（発光面から放射される）緑色の波長における後側焦点ｆ２よりもコリメートレンズ１３ｂ側を通った後、コンデンサレンズ１９により緑色光８２ｇよりも強く屈折され、収束した状態でコンデンサレンズ１９を出射し、インテグレータロッド２０の入射面２１上で緑色光の主光線２５ｇと交わる。
【００４４】
同様に、赤色用の面発光光源１１ｒの発光面１２ｒから光軸ＡＸ３に平行に出射した主光線８２ｒは、コリメートレンズ１３ｒにより、光線８２ｇよりも弱く屈折された後、コリメートレンズ１３ｒの（発光面から放射される）緑色の波長における後側焦点ｆ２よりもコンデンサレンズ１９側を通った後、コンデンサレンズ１９により緑色光８２ｇよりも弱く屈折され、発散した状態でコンデンサレンズ１９を出射し、インテグレータロッド２０の入射面２１上で緑色光の主光線８２ｇと交わる。よって、実施の形態１においては、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色間に倍率色収差が生じることなく、各色とも、インテグレータロッド２０の入射面２１上に同一の大きさの２次光源像を結像させる。
【００４５】
図５及び図６に、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから放射される光の放射強度分布を模式的に示す。図５は、ランバーシアン分布６２を有する面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂを示し、図６は、図５の面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂにフォトニクス結晶体６１ｒ、６１ｇ、６１ｂを備えることによって放射光の指向性を高めた分布６３を示す。
【００４６】
図５に示すように、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂから放射される光は通常ランバーシアン分布を示し、発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂを含む球状に放射される。一方、フォトニクス結晶体６１ｒ、６１ｇ、６１ｂを用いれば、該フォトニクス結晶体に入射した光の進行方向を制御できることが知られている。図６は図５に示す面発光光源の発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ上にフォトニクス結晶体６１ｒ、６１ｇ、６１ｂを設けたものであり、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの法線方向及びその近傍範囲における放射強度を高め、その他の方向の放射強度を弱くしている。
【００４７】
実施の形態１に係る集光光学系では、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂのそれぞれに、フォトニクス結晶体を設けることができる。コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ及びコンデンサレンズ１９からなる光学系は、前述の通り、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ側にテレセントリックな光学系を構成しているため、フォトニクス結晶体を設けて指向性を高めた面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂを用いれば、放射強度の高い、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの法線方向の光を優先的に集光光学系に取り込めるため、一層高い光利用効率を得ることができる。
【００４８】
ここで、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂからコンデンサレンズ１９までの距離を各色略同一とすることによって生じる効果を説明する。図７及び図８は、同一のコリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂとコンデンサレンズ１９を、異なる距離に配置した場合の主光線の光路を概略的に示す図である。図７及び図８において、図４に示される要素と同一の要素には同一の符号を付している。図７及び図８において、８３、８４はそれぞれ、面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの発光面１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの隅からの主光線、ｆ３はコンデンサレンズの前側焦点、ＡＸ４、ＡＸ５は光軸である。図７においては、コンデンサレンズ１９の前側焦点ｆ３が、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの後側焦点ｆ２と一致しているため（ｆ２＝ｆ３）、主光線８３は、コンデンサレンズ１９を出射後、光軸ＡＸ４に対して平行となってインテグレータロッドの入射面２１に入射する。一方、図８では、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂからコンデンサレンズ１９までの距離を大きくしているため、主光線８４は、コンデンサレンズ１９を出射後、光軸ＡＸ５に対して大きく収束した状態でインテグレータロッドの入射面２１に入射する。よって、色によってコリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂとコンデンサレンズ１９までの距離が異なると、インテグレータロッド１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの入射面２１に入射する主光線の角度が色によって異なることとなり、光利用効率の低下や輝度の均一性の劣化を招くこととなる。これに対し、実施の形態１に係る集光光学系においては、コリメートレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ及びコンデンサレンズ１９までの距離をＲ、Ｇ、Ｂの各色とも略同一としているので、高い光利用効率と輝度の均一性を実現することができる。
【００４９】
以上説明したように、実施の形態１に係る集光光学系１及び投写型画像表示装置２によれば、簡単な構成でありながら、インテグレータロッド２０での光量損失を招くことがなく、高い光利用効率を実現することができる。
【００５０】
なお、以上の説明においては、緑色用の面発光光源１１ｇをコンデンサレンズ１９に対向させ、赤色用及び青色用の面発光光源１１ｒ、１１ｂを緑色用の面発光光源１１ｇと直交する方向を向くに配置することとしたが、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、青色用の面発光光源１１ｂをコンデンサレンズ１９に対向させ、赤色用及び緑色用の面発光光源１１ｒ、１１ｇを青色用の面発光光源１１ｂと直交する方向に配置すること、又は、赤色用の面発光光源１１ｒをコンデンサレンズ１９に対向させ、緑色用及び青色用の面発光光源１１ｇ、１１ｂを赤色用の面発光光源１１ｒと直交する方向に配置することも可能である。
【００５１】
また、以上の説明においては、コンデンサレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ及びコリメートレンズ１９は、それぞれ１枚の凸レンズとして表したが、本発明はこのような形態に限定されず、取込角や倍率等、集光光学系の仕様に応じて、それぞれ２枚以上のレンズを用いて構成することも可能である。また、コンデンサレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ及びコリメートレンズ１９は、球面レンズに限らず、非球面レンズや自由曲面レンズ等を用いることも可能である。
【００５２】
さらに、以上の説明においては、光強度分布均一化素子がインテグレータロッドである場合を説明したが、これに限らず、中空のライトトンネル等の他の光強度分布均一化素子を用いてもよい。
【００５３】
さらにまた、以上の説明においては、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の面発光光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから放射される光を合成する手段をダイクロイックミラーとしたが、これに限らず、ダイクロイックプリズム等の他の光合成手段を用いてもよい。
【００５４】
また、以上の説明は、前側焦点等を用い、主として近軸理論に基づく説明であるが、上記説明の趣旨を逸脱しない範囲内において、構成の変形が可能である。
【００５５】
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係る集光光学系３及び投写型画像表示装置４の構成を概略的に示す図である。図９において、図１に示される要素と同一の要素には同一の符号を付している。
【００５６】
図９において、面発光光源３１、３２、３３は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の面発光光源（例えば、ＬＥＤ）である。図９に示す面発光光源３１、３２、３３は、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの面発光光源に対応するが、これには限定されず、面発光光源３１、３２、３３とＲ、Ｇ、Ｂの各色との対応関係は、他の対応関係であってもよい。ダイクロイックミラー３７、３８での透過及び反射特性は、面発光光源３１、３２、３３が放射する光の色に基づいて、決定される。ダイクロイックミラー３７は、面発光光源３１の発光面から放射される波長帯の光（第１の光）を反射させるとともに、面発光光源３２の発光面から放射される波長帯の光（第２の光）及び面発光光源３３の発光面から放射される波長帯の光（第３の光）を透過させる波長特性を有し、ダイクロイックミラー３８は、第２の光を反射させるとともに、第３の光を透過させる波長特性を有する。
【００５７】
実施の形態２に係る集光光学系３は、実施の形態１に係る集光光学系１において、面発光光源３１、３２、３３及びダイクロイックミラー３７、３８の配置を変更したものである。各色のコリメートレンズ３４、３５、３６からコンデンサレンズ３９までの光学距離（ダイクロイックミラー３７、３８を除去して、すべての要素を直線状に配置したと仮定した場合における、各色のコリメートレンズ３４、３５、３６からコンデンサレンズ３９までの距離）は、各色間で略同一となっている。
【００５８】
図１０は、比較のためにクロスダイクロイックミラーの構造を概略的に示す図である。図１０に示すように、一般に、クロスダイクロイックミラーは、１枚の大きなミラー（第１のミラー）１７を挟み込むように、２枚の小さなミラー（第２、第３のミラー）１８が配置される。このとき、第２、第３のミラー１８の端面であって、第１のミラー１７面に対向する面５１、５２は、波長特性を有しない（すなわち、特定の波長の光だけを透過及び反射する特性を持たない）。また、第２、第３のミラー端面５１及び５２と、第１のミラー１７の表面との間には多少の間隙が生じる。よって、ミラー端面５１、５２や間隙により、クロスダイクロイックミラーには所望の波長特性を発揮しえない無効領域が存在し、僅かではあるが光量損失を招いてしまう。これに対し、実施の形態２に係る集光光学系３においては、無効領域がなく、ミラー端面や間隙に起因する光量損失を招くことはない。
【００５９】
また、クロスダイクロイックミラーは、１枚のダイクロイックミラーを第２及び第３のダイクロイックミラー１８に分割しているため、組立誤差が生じやすく、光量損失を招くことがある。これに対し、実施の形態２に係る集光光学系３においては、ダイクロイックミラーを分割する必要がないので、組立誤差に起因する光量損失を招くことはない。
【００６０】
以上説明したように、実施の形態２に係る集光光学系３及び投写型画像表示装置４によれば、光量損失を招くことがなく、より高い光利用効率を実現することができる。
【００６１】
なお、実施の形態２において、上記以外の点は、上記実施の形態１の場合と同じである。
【００６２】
実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３に係る集光光学系５及び投写型画像表示装置６の構成を概略的に示す図である。図１１において、図１に示される要素と同一の要素には同一の符号を付している。
【００６３】
図１１において、面発光光源４１、４２、４３は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の面発光光源（例えば、ＬＥＤ）である。図１１に示す面発光光源４１、４２、４３は、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの面発光光源に対応するが、これには限定されず、面発光光源４１、４２、４３とＲ、Ｇ、Ｂの各色との対応関係は、他の対応関係であってもよい。ダイクロイックミラー４７、４８での透過及び反射特性は、面発光光源４１、４２、４３が放射する光の色に基づいて、決定される。ダイクロイックミラー４７は、面発光光源４２の発光面から放射される波長帯の光（第２の光）を反射させるとともに、面発光光源４３の発光面から放射される波長帯の光（第３の光）を透過させる波長特性を有し、ダイクロイックミラー４８は、面発光光源４１の発光面から放射される波長帯の光（第１の光）を反射させるとともに、第２の光及び第３の光を透過させる波長特性を有する。反射ミラー４９は、第１乃至第３の光をコンデンサレンズ５０に入射させる。
【００６４】
実施の形態３に係る集光光学系５は、実施の形態２に係る集光光学系３において、ダイクロイックミラー３４からコンデンサレンズ３７までの距離を大きくし、その光路間に反射ミラー５０を配置して光路を略直角に折り曲げたものである。各色のコリメートレンズ４４、４５、４６からコンデンサレンズ５０までの光学距離（ダイクロイックミラー４７、４８及び反射ミラー４９を除去して、すべての要素を直線状に配置したと仮定した場合における、各色のコリメートレンズ４４、４５、４６からコンデンサレンズ５０までの距離）は、各色間で略同一となっている。実施の形態３においては、反射ミラー４９により、インテグレータロッド２０の長さ方向に対して直角方向に光路を折り曲げているので、集光光学系５のインテグレータロッド２０の長さ方向のサイズを小さくすることができる。
【００６５】
以上説明したように、実施の形態３に係る集光光学系５及び投写型画像表示装置６によれば、光量損失を招くことがなく、高い光利用効率を実現することができる。
【００６６】
なお、実施の形態３において、上記以外の点は、上記実施の形態１又は２の場合と同じである。
【符号の説明】
【００６７】
１、３、５  集光光学系、  ２、４、６  投写型画像表示装置、  １１ｂ、１１ｇ、１１ｒ  面発光光源、  １２ｂ、１２ｇ、１２ｒ  面発光光源の発光面、  １３ｒ、１３ｇ、１３ｂ  コリメートレンズ、  １７、１８、３７、３８、４７、４８  ダイクロイックミラー、  １９、３９、５０  コンデンサレンズ、  ２０  インテグレータロッド、  ２１  インテグレータロッドの入射面、  ２２  インテグレータロッドの出射面、  ２３  照明光学系、  ２４  画像表示素子、  ２５  画像表示素子の表示面、  ２６  投写光学系、  ２７  スクリーン、  ３１〜３３、４１〜４３  面発光光源、  ３４〜３６、４４〜４６  コリメートレンズ、  ４９  ミラー、  ６１ｒ、６１ｇ、６１ｂ  フォトニクス結晶体。
【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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