(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を出射する照明光学系であって、
光源と、
前記光源から出射される光束を複数の部分光束に分割する複数の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイの前記複数の小レンズにそれぞれ対応する複数の小レンズを有する第２のレンズアレイとを備え、
前記第１と第２のレンズアレイのそれぞれは、所定の行方向に沿った少なくとも１本の区分線によって複数の領域に区分されており、
前記複数の領域のそれぞれには連続する複数行の小レンズが含まれており、前記複数の領域の互いに隣接する領域は互いに相対的に前記行方向にずれた位置に配置され、前記各領域の前記複数行の小レンズは前記行方向にほぼ一致して配置されていることを特徴とする
照明光学系。
【請求項２】
照明光を出射する照明光学系であって、
光源と、
前記光源から出射される光束を複数の部分光束に分割するために行列状に配置された複数の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイの前記複数の小レンズにそれぞれ対応する複数の小レンズを有する第２のレンズアレイとを備え、
前記第１のレンズアレイの所定の列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも１列の小レンズのうち、少なくとも１つの行の第１の小レンズは、該第１の小レンズを通過した部分光束を他の行の小レンズを通過した部分光束の光路とは異なる方向に偏向させるように、該第１の小レンズの幾何学的中心に対して光学的中心が行方向にずれた偏心レンズであり、
第１のレンズアレイの前記少なくとも１列の小レンズに対応する第２のレンズアレイの小レンズのうち、前記第１の小レンズを通過した部分光束が通過する第２の小レンズは、他の行の小レンズから所定の量だけ前記行方向にずれた位置に配置されるとともに、該第２の小レンズを通過した光束を前記第１の小レンズに入射する部分光束と同じ方向に進む部分光束とする光学手段であることを特徴とする
照明光学系。
【請求項３】
前記光学手段は、前記第１の小レンズの幾何学的中心に対する光学的中心のずれ方向とは反対の方向にずれた光学的中心を有する偏心レンズであることを特徴とする請求項２記載の照明光学系。
【請求項４】
請求項２記載の照明光学系であって、
前記第２のレンズアレイは、前記列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも１列の小レンズのうち、該少なくとも１列の小レンズを通過した部分光束のうちで比較的大きい光量を有する部分光束が通過する小レンズが、前記行方向に沿って他の小レンズとは異なる位置にずれていることを特徴とする
照明光学系。
【請求項５】
請求項２記載の照明光学系であって、
前記第２のレンズアレイは、前記所定の列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも１列の小レンズのうち、奇数行と偶数行の小レンズが、前記行方向に交互に異なる位置にずれていることを特徴とする
照明光学系。
【請求項６】
請求項２記載の照明光学系であって、
前記第２のレンズアレイは、前記所定の行方向に沿った少なくとも１本の区分線によって、複数の領域に区分されており、前記複数の領域の少なくとも一部の領域が他の領域から前記行方向にずれた位置に配置されていることを特徴とする
照明光学系。
【請求項７】
請求項２記載の照明光学系であって、
前記第２のレンズアレイの複数の小レンズのうちで、前記所定の行方向に沿ってほぼ並ぶ複数行の小レンズが複数の組に組分けされ、
同じ組の小レンズは、前記行方向の同じ位置に配置され、
異なる組の小レンズは、前記行方向の互いに異なる位置に配置されていることを特徴とする
照明光学系。
【請求項８】
前記複数の組は、それぞれの組を通過する部分光束の光量の総和がほぼ等しくなるように組分けされていることを特徴とする
請求項７記載の照明光学系。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の照明光学系であって、
同じ列方向の小レンズのうち、前記行方向の異なる位置にずれて配置されている小レンズ同士のずれ量は、該小レンズの前記行方向の幅の約１／２または２／３であることを特徴とする
照明光学系。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の照明光学系であって、
前記第２のレンズアレイの出射面側に、さらに、
前記第１のレンズアレイおよび前記第２のレンズアレイの複数の小レンズを通過する複数の部分光束を、前記光変調手段上の照明位置でほぼ重畳結合する重畳結合レンズと、
前記第２のレンズアレイと前記重畳結合手段との間に設けられた偏光変換素子と、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、前記第２のレンズアレイの複数の小レンズを通過した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、
前記偏光変換素子は、前記第２のレンズアレイの複数の小レンズの配置に対応するように複数の領域に区分されていることを特徴とする
照明光学系。
【請求項１１】
請求項１０記載の照明光学系であって、
同じ列方向の小レンズのうち、前記行方向の異なる位置にずれて配置されている小レンズ同士のずれ量は、該小レンズの前記行方向の幅の約１／４または１／３であることを特徴とする
照明光学系。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の照明光学系と、
前記照明光を、３色の光に分離する色光分離手段と、
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、
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列方向に沿って有し、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、
を備えることを特徴とする
投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【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１６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上に投写する。
【０００４】
図１７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１８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１８（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１８（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、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によってそ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１０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１０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に対す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、
光源と、
前記光源から出射される光束を複数の部分光束に分割する複数の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイの前記複数の小レンズにそれぞれ対応する複数の小レンズを有する第２のレンズアレイとを備え、
前記第１と第２のレンズアレイのそれぞれは、所定の行方向に沿った少なくとも１本の区分線によって複数の領域に区分されており、
前記複数の領域のそれぞれには連続する複数行の小レンズが含まれており、前記複数の領域の互いに隣接する領域は互いに相対的に前記行方向にずれた位置に配置され、前記各領域の前記複数行の小レンズは前記行方向にほぼ一致して配置されてい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、この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、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、この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、「所定の行方向」は、色光合成手段の中心軸に相当する方向と異なる方向である。列方向は、この中心軸に相当する方向に平行な方向である。行方向は、列方向に対して垂直な方向である必要はない。また、３組の光変調手段が第１の発明により照明される被照明領域に相当する。このような投写型表示装置では、通常、第１と第２のレンズアレイ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複数の部分光束の少なくとも１列の部分光束は、被照明領域上をほぼ同じ所定の角度で通過して、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の発明においては、第１と第２のレンズアレイの所定の行方向に沿って区分された複数の領域のうち互いに隣接する領域は、相対的に行方向にずれた位置に配置されている。これにより、第２のレンズアレイから出射して列方向に沿ってほぼ並ぶ部分光束のうち、複数の領域の隣接する一方の領域を通過した部分光束は、他の領域を通過した部分光束が被照明領域を通過する角度とは異なった角度で通過し、クロスダイクロイックプリズムの異なる位置を通過する。したがって、上記第１の原理に基づき、列方向に沿ってほぼ並ぶ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】
第２の発明は、
照明光を出射する照明光学系であって、
光源と、
前記光源から出射される光束を複数の部分光束に分割するために行列状に配置された複数の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイの前記複数の小レンズにそれぞれ対応する複数の小レンズを有する第２のレンズアレイとを備え、
前記第１のレンズアレイの所定の列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも１列の小レンズのうち、少なくとも１つの行の第１の小レンズは、該第１の小レンズを通過した部分光束を他の行の小レンズを通過した部分光束の光路とは異なる方向に偏向させるように、該第１の小レンズの幾何学的中心に対して光学的中心が行方向にずれた偏心レンズであり、
第１のレンズアレイの前記少なくとも１列の小レンズに対応する第２のレンズアレイの小レンズのうち、前記第１の小レンズを通過した部分光束が通過する第２の小レンズは、他の行の小レンズから所定の量だけ前記行方向にずれた位置に配置されるとともに、該第２の小レンズを通過した光束を前記第１の小レンズに入射する部分光束と同じ方向に進む部分光束とする光学手段であることを特徴とする。
【００３２】
そして、前記光学手段は、前記第１の小レンズの幾何学的中心に対する光学的中心のずれ方向とは反対の方向にずれた光学的中心を有する偏心レンズであることが好ましい。
【００３３】
第２の発明を上記第１の発明と同様の投写型表示装置に適用した場合において、「所定の列方向」は、色光合成手段の中心軸に相当する方向である。行方向は、この中心軸に相当する方向と異なる方向である。行方向は、列方向に対して垂直な方向である必要はない。第２の発明において、列方向に沿ってほぼ並ぶ１列の部分光束のうち、第１の小レンズと第２の小レンズを通過した部分光束は、他の行の小レンズを通過した部分光束が被照明領域を通過する角度とは異なった角度で被照明領域を通過し、クロスダイクロイックプリズムの異なる位置を通過する。したがって、上記第１の原理に基づき、列方向に沿ってほぼ並ぶ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。
【００３４】
上記第２の発明において、
前記第２のレンズアレイは、前記列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも１列の小レンズのうち、該少なくとも１列の小レンズを通過した部分光束のうちで比較的大きい光量を有する部分光束が通過する小レンズが、前記行方向に沿って他の小レンズとは異なる位置にずれていることが好ましい。
【００３５】
部分光束の光量が比較的大きい部分光束によって形成される暗線の暗度は比較的大きいため、このような部分光束の被照明領域上を通過する角度が同じであると、投写される画像に形成される暗線がより目立ちやすくなる。上記のようにすれば、このような比較的光量の大きい部分光束の被照明領域上を通過する角度が互いに異なることになるので、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できる。
【００３６】
また、上記第２の発明において、
前記第２のレンズアレイは、前記所定の列方向に沿ってほぼ並ぶ少なくとも１列の小レンズのうち、奇数行と偶数行の小レンズが、前記行方向に交互に異なる位置にずれていることも好ましい。
【００３７】
このようにしても、列方向に沿ってほぼ並ぶ１列の部分光束のうち、第１と第２のレンズアレイの奇数行を通過した部分光束が被照明領域を通過する角度と、偶数行を通過した部分光束が被照明領域を通過する角度が異なるので、列方向に沿ってほぼ並ぶ１列の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。
【００３８】
また、上記第２の発明において、
前記第２のレンズアレイは、前記所定の行方向に沿った少なくとも１本の区分線によって、複数の領域に区分されており、前記複数の領域の少なくとも一部の領域が他の領域から前記行方向にずれた位置に配置されていることも好ましい。
【００３９】
このようにしても、列方向に沿ってほぼ並ぶ１列の部分光束のうち、第２のレンズアレイの一部の領域を通過した部分光束の被照明領域を通過する角度と、他の領域を通過した部分光束の被照明領域を通過する角度が異なるので、列方向に沿ってほぼ並ぶ１列の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。
【００４０】
また、上記第２の発明において、
前記第２のレンズアレイの複数の小レンズのうちで、前記所定の行方向に沿ってほぼ並ぶ複数行の小レンズが複数の組に組分けされ、
同じ組の小レンズは、前記行方向の同じ位置に配置され、
異なる組の小レンズは、前記行方向の互いに異なる位置に配置されていることも好ましい。
【００４１】
このようにしても、列方向に沿ってほぼ並ぶ１列の部分光束のうち、異なる組の小レンズを通過した部分光束毎に被照明領域上を通過する角度が異なるので、列方向に沿ってほぼ並ぶ１列の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。
【００４２】
このとき、前記複数の組は、それぞれの組を通過する部分光束の光量の総和がほぼ等しくなるように組分けされていることが好ましい。
【００４３】
それぞれの組を通過するの部分光束の光量の総和が異なると、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、相対的な比較による光の識別能力は比較的高いため、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。それぞれの組の部分光束の光量の総和が等しければ、それぞれの組の部分光束による暗線の暗度を等しくすることができる。
【００４４】
上記第１、第２の発明の各場合において、
同じ列方向の小レンズのうち、前記行方向の異なる位置にずれて配置されている小レンズ同士のずれ量は、該小レンズの前記行方向の幅の約１／２または２／３であることが好ましい。
【００４５】
このようにすれば、ある行の小レンズを通過する部分光束によって発生する暗線間隔を等間隔で区分する位置に、その行に対してずれて配置されている行の小レンズを通過する部分光束による暗線を発生させることができる。
【００４６】
また、上記第１、第２の発明の各場合において、
前記第２のレンズアレイの出射面側に、さらに、
前記第１のレンズアレイおよび前記第２のレンズアレイの複数の小レンズを通過する複数の部分光束を、前記光変調手段上の照明位置でほぼ重畳結合する重畳結合レンズと、
前記第２のレンズアレイと前記重畳結合手段との間に設けられた偏光変換素子と、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、前記第２のレンズアレイの複数の小レンズを通過した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、
前記偏光変換素子は、前記第２のレンズアレイの複数の小レンズの配置に対応するように複数の領域に区分されているようにしてもよい。
【００４７】
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。
【００４８】
上記偏光変換素子を備える場合には、
同じ列方向の小レンズのうち、前記行方向の異なる位置にずれて配置されている小レンズ同士のずれ量は、該小レンズの前記行方向の幅の約１／４または１／３であることが好ましい。
【００４９】
第２のレンズアレイから出射した光束は、偏光変換素子の偏光分離膜から出射する直線偏光光と、反射膜から出射する行方向にずれた直線偏光光に変換される。すなわち、偏光変換素子を備える場合には、行方向の部分光束の間隔は、偏光変換素子を備えない場合の１／２となる。したがって、上記のようにすれば、ある行の小レンズを通過する部分光束によって発生する暗線間隔を等間隔で区分する位置に、その行に対してずれて配置されている行の小レンズを通過する部分光束による暗線を発生させることができる。
【００５０】
第３の発明は、投写型表示装置であって、
第１の発明または第２の発明による照明光学系と、
前記照明光を、３色の光に分離する色光分離手段と、
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、
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列方向に沿って有し、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、
を備えることを特徴とする。
【００５１】
第１の発明あるいは第２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の発明あるいは第２の発明と同様に、投射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。
【００５２】
【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。
【００５３】
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、偏光変換素子１４０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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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２次元的にＭ行×Ｎ列配列された構成を有している。ここで、ｘ方向がレンズアレイの行方向、ｙ方向が列方向に対応している。この例では、Ｍ＝６，Ｎ＝４のレンズアレイを示している。ただし、上から３行目までのレンズアレイと４行目から６行目までのレンズアレイは、ｙ方向中心線Ｌｙに対してそれぞれ−ｘ方向および＋ｘ方向、すなわち行方向にずれている。このようなレンズアレイは、２つのレンズアレイをずらして配置することにより実現可能であるが、通常は型成形によって一体成形される場合が多い。なお、このレンズのずれについては後で説明する。また、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の近傍で結像させる。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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、図７（Ａ）の斜視図に示すように、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。ただし、図６に示した第１と第２のレンズアレイ１２０および１３０に対応するように上から第３行目までに相当する偏光変換素子と、第４行目から第６行目に相当する偏光変換素子とが、ｙ方向中心線Ｓｙに対してそれぞれ−ｘ方向および＋ｘ方向にずれて配置されている。なお、この偏光変換素子のずれについては後で説明する。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。
【００５９】
第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０を通過した光は、偏光変換素子１４０に入射され、図７（Ｂ）に示すように偏光分離膜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をそのまま透過した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は、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１４６が形成されていない光学素子である。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にだけ選択位相差板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。
【００６０】
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つの偏光光に変換される。したがって、偏光変換素子１４０のほぼ偏光分離膜１４４上に２次光源像が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。
【００６１】
重畳レンズ１５０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、ほぼ一種類の偏光光（本実施例ではｓ偏光光）によって均一に照明される。
【００６２】
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、さらに出射側レンズ（フィールドレンズ）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。
【００６３】
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１７および図１８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。
【００６４】
さて、図５に示す第１実施例の投写型表示装置は、先に概説した第１のレンズアレイ１２０と第２のレンズアレイ１３０および偏光変換素子１４０の構成に特徴がある。図８は、第１実施例における第１のレンズアレイ１２０と第２のレンズアレイ１３０と偏光変換素子１４０をｚ方向からみた正面図である。図８（Ａ）に示した第１のレンズアレイ１２０と図８（Ｂ）に示した第２のレンズアレイ１３０の位置は、光源光軸ＬＣを含むｙ方向中心線Ｌｙを基準にして示している。また図８（Ｃ）に示した偏光変換素子１４０の位置は、システム光軸ＳＣを含むｙ方向中心線Ｓｙを基準に示している。これらの２本の中心線Ｌｙ，Ｓｙは、ｘ方向に距離ｄ４だけずれている。なお、ｘ方向中心線ＬｘおよびＳｘは、図示の便宜上、第１のレンズアレイ１２０と第２のレンズアレイ１３０および偏光変換素子１４０の各正面図ごとに示されているが、実際には、同じｙ方向位置で重なっている。すなわち、光源光軸ＬＣとシステム光軸ＳＣとは、ｙ方向位置は同じでｘ方向位置が異なっている。中心線Ｌｙは、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０のｙ方向中心線に等しい。また、中心線Ｓｙは、偏光変換素子１４０のｙ方向中心線に等しい。第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０において、それらの上部１２０ｕ（上から３行目まで）と下部１２０ｄ（４行目から６行目まで）は、中心線Ｌｙに対してずれ量ｄ３でそれぞれ−ｘ方向および＋ｘ方向にずれている。したがって、上部１２０ｕに対する下部１２０ｄの相対的なずれ量ｄ２は、中心線Ｌｙを基準としたずれ量ｄ３の２倍に等しい。偏光変換素子１４０は、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０におけるずれに対応するように、その上部と下部が中心線Ｓｙに対してそれぞれ−ｘ方向および＋ｘ方向にずれて配置されている。
【００６５】
前述したように、偏光変換素子１４０のｙ方向中心線Ｓｙは、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０のｙ方向中心線Ｌｙからずれ量ｄ４だけ−ｘ方向にずれている。このずれ量ｄ４は、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４のｘ方向の幅Ｗｐの半分Ｗｐ／２にほぼ等しい（なお、反射膜１４５のｘ方向の幅と偏向分離膜１４４のｘ方向の幅は互いに等しい）。図７で説明したように、偏光変換素子１４０に入射した光束の半分はそのまま通過し、他の半分は−ｘ方向に膜の幅Ｗｐだけずれて出射される。このようにして偏光変換素子１４０から出射する２つの光束の中心は、偏光変換素子１４０に入射する光束の中心から−ｘ方向にＷｐ／２だけずれている。偏光変換素子１４０のｙ方向中心線Ｓｙと、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０のｙ方向中心線Ｌｙのずれ量ｄ４は、このような偏光変換素子１４０の入射光束と出射光束の中心のずれに対応している。このように、偏光変換素子１４０を位置決めすれば、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０の各小レンズの中心が偏光分離膜１４４のｘ方向の中心にほぼ一致する。各小レンズを通過した部分光束は、偏光分離膜１４４のほぼ中心に入射されるので、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０を通過した部分光束を効率よく利用することができる。
【００６６】
図９は、第１実施例における第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０および偏光変換素子１４０の機能を示す説明図である。図９（Ａ）は上から第３行目の小レンズを通過する光束の光路を示し、図９（Ｂ）は上から第４行目の小レンズを通過する光束の光路を示す。なお、上から第１行目と第２行目の小レンズを通過する光束の光路は、図９（Ａ）に示す第３行目の小レンズを通過する光束の光路と同じである。また、上から第５行目と第６行目の小レンズを通過する光束の光路は、図９（Ｂ）に示す第４行目の小レンズを通過する光束の光路と同じである。なお、簡単のため、図９では、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２列目の小レンズを通過する光束の光路を描いている。
【００６７】
図９（Ａ）に示すように、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Ｌ３２は、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４上に集光される。集光された部分光束Ｌ３２のうち、偏光分離膜１４４をそのまま透過した部分光束Ｌ３２ａは、重畳レンズ１５０の集光作用によって液晶ライトバルブ２５２上の被照明領域２５２ａを照明する。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Ｌ３２ｂも、同様に被照明領域２５２ａを照明する。このとき、２つの部分光束Ｌ３２ａ，Ｌ３２ｂは、それらの中心軸３２ａｃｌ，３２ｂｃｌが被照明領域２５２ａの中心を被照明領域２５２ａに対する入射角度θ３２ａ，θ３２ｂでそれぞれ通過する。
【００６８】
一方、図９（Ｂ）に示すように、第１のレンズアレイ１２０の第４行目の小レンズ１２２によって分割された部分光束Ｌ４２も、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４上に集光される。集光された部分光束Ｌ４２のうち、偏光分離膜１４４をそのまま透過した部分光束Ｌ４２ａは、重畳レンズ１５０の集光作用によって液晶ライトバルブ２５２上の被照明領域２５２ａを照明する。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Ｌ４２ｂも、同様に被照明領域２５２ａを照明する。このとき、２つの部分光束Ｌ４２ａ，Ｌ４２ｂは、それらの中心軸４２ａｃｌ，４２ｂｃｌが被照明領域２５２ａの中心を被照明領域２５２ａに対する入射角度θ４２ａ，θ４２ｂでそれぞれ通過する。
【００６９】
第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０の３行目と４行目は中心線Ｌｙに対してｘ方向に互いにずれて配置されているので、部分光束Ｌ３２（Ｌ３２ａおよびＬ３２ｂ）と部分光束Ｌ４２（Ｌ４２ａおよびＬ４２ｂ）とでは、重畳レンズ１５０への入射位置がｘ方向にずれている。この結果、被照明領域２５２ａに入射する際の部分光束Ｌ３２の入射角度θ３２（θ３２ａおよびθ３２ｂ）と部分光束Ｌ４２の入射角度θ４２（θ４２ａおよびθ４２ｂ）とが互いに異なることになる。図９の例では、θ４２ｂ＜θ３２ｂ＜θ４２ａ＜θ３２ａとなる。
【００７０】
図１０は、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０の第３行目と第４行目に対応する部分光束がクロスダイクロイックプリズム２６０内を通過する様子を示す説明図である。なお、簡単のため、説明に必要のない部分は省略している。図に示された実線は、第３行第１列目の小レンズを通過した部分光束の中心軸Ｌ３１ｂｃｌ，Ｌ３１ａｃｌおよび第３行第２列目の小レンズを通過した部分光束の中心軸Ｌ３２ｂｃｌ，Ｌ３２ａｃｌを示している。また、図に示された点線は、第４行第１列目の小レンズを通過した部分光束の中心軸Ｌ４１ｂｃｌ，Ｌ４１ａｃｌおよび第４行第２列目の小レンズを通過した部分光束の中心軸Ｌ４２ｂｃｌ，Ｌ４２ａｃｌを示している。第３行目の第１列目と第２列目の小レンズを通過した部分光束の中心軸Ｌ３１ｂｃｌ，Ｌ３１ａｃｌ，Ｌ３２ｂｃｌ，Ｌ３２ａｃｌは、被照明領域２５２ａ上の中心を通過してクロスダイクロイックプリズム２６０に入射し、クロスダイクロイックプリズム２６０の中心軸２６２を含み液晶ライトバルブ２５２に平行な中心平面２６４上の異なる点３１ｂ，３１ａ，３２ｂ，３２ａを通過する。このとき、暗線発生の原理で説明したように、第３行目の第１列目と第２列目の小レンズを通過した部分光束によって発生する暗線は、これらの各通過点と中心軸２６２との間隔にほぼ比例したピッチで発生する。一方、第４行目の第１列目と第２列目の小レンズを通過した各部分光束の中心軸Ｌ４１ｂｃｌ，Ｌ４１ａｃｌ，Ｌ４２ｂｃｌ，Ｌ４２ａｃｌも、被照明領域２５２ａ上の中心を通過してクロスダイクロイックプリズム２６０に入射し、中心平面２６４上の異なる点４１ｂ，４１ａ，４２ｂ，４２ａを通過する。ここで、図９で説明したように、第４行目の小レンズを通過した各部分光束の中心軸の被照明領域２５２ａへの入射角度が、第３行目の小レンズを通過した各部分光束の中心軸の入射角度と異なるため、中心平面２６４上の点４１ｂ，４１ａ，４２ｂ，４２ａは、点３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ａの中間に位置する。この結果、第４行目の第１列目と第２列目の小レンズを通過した部分光束によって発生する暗線は、第３行目の部分光束による暗線の中間に発生する。したがって、同じ列方向で分割されたＭ個の部分光束（本実施例では第１のレンズアレイ１２０のうちの１列によって分割された部分光束）のそれぞれによって形成される暗線が、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である。
【００７１】
なお、同じ列方向のＭ個の部分光束による暗線は、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０の上部と下部に対応して２ヶ所に分離される。ただし、同じ列方向のＭ個の部分光束は、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４による部分光束反射膜１４５による部分光束に元々分離されており、暗線も２本発生している。したがって、上記「上部と下部に対応して２ヶ所に分離されている」というのは、これらの２本の暗線がそれぞれ２ヶ所にさらに分離されることを意味している。
【００７２】
上記説明のように、暗線の間隔は、中心平面２６３上の各点３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ａ，…および４１ｂ，４１ａ，４２ｂ，４２ａ…と中心軸２６２との間隔にほぼ比例する。暗線を目立ちにくくするためには、各部分光束による暗線が重ならないことが好ましく、点４１ｂ，４１ａ，４２ｂ，４２ａ，…が、点３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ａ，…の中間に位置するようにすることが好ましい。特に、できる限り暗線間隔をあけることが好ましく、点４１ｂ，４１ａ，４２ｂ，４２ａ，…が、点３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ａ，…の間隔のちょうど中央に位置するようにすることが好ましい。例えば、図８に示した第１のレンズアレイ１２０と第２のレンズアレイ１３０とのずらし量ｄ２を小レンズ１２２のｘ方向の幅ｄ１の１／４とすることが好ましい。こうすれば、点４１ｂ，４１ａ，４２ｂ，４２ａ，…が、点３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ａ，…のちょうど中間となるようにすることができる。本実施例における第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０および偏光変換素子１４０の各ずらし量の好ましい関係をまとめると以下のようになる。
【００７３】
ｄ２＝ｄ１／４，ｄ３＝ｄ２／２，ｄ４＝ｄ１／４              …（１）
但し、ｄ１は小レンズのｘ方向の幅である。
【００７４】
なお、本実施例では、偏光変換素子１４０を備える投写型表示装置を例に説明しているが、偏光変換素子１４０を備えない場合にも本発明を適用することが可能である。この場合には、第１実施例において偏光変換素子１４０の反射膜１４５による部分光束が存在しない状態と実質的に等価であり、図８に示した第１のレンズアレイ１２０と第２のレンズアレイ１３０とのずらし量ｄ２を小レンズ１２２のｘ方向の幅ｄ１の１／２とすればよい。また、偏光変換素子１４０を省略した場合には、第２のレンズアレイ１３０と重畳レンズ１５０を別体とする必要はなく第２のレンズアレイ１３０と重畳レンズ１５０（図５）の機能を合わせ持つレンズアレイとしてもよい。偏光変換素子１４０を備えない場合における第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０の各ずらし量の好ましい関係をまとめると以下のようになる。
【００７５】
ｄ２＝ｄ１／２，ｄ３＝ｄ２／２                              …（２）
但し、ｄ１は小レンズのｘ方向の幅である。
【００７６】
なお、第１実施例では、第１のレンズアレイ１２０および第２のレンズアレイ１３０をそれぞれ上側の３行の小レンズと下側の３行の小レンズの２つの領域に区分（分割）し、上側の領域と下側の領域を互いに行方向にずらした場合を示している。この代わりに、６行の小レンズを２本の区分線によって２行の小レンズ毎に３つの領域に区分し、隣接する領域同士を互いに相対的に行方向にずらすように配置してもよい。すなわち、第１と第２のレンズアレイは、所定の行方向に沿った少なくとも１本の区分線によって複数の領域に区分され、複数の領域のそれぞれには複数行の小レンズが含まれており、複数の領域の互いに隣接する領域が互いに相対的に行方向にずれた位置に配置され、各領域の複数行の小レンズは行方向にほぼ一致して配置されているようにすればよい。このようにしても、列方向に沿ってほぼ並ぶ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。
【００７７】
Ｂ．第２実施例：
図１１は、第２実施例における第１のレンズアレイ１２０Ａと第２のレンズアレイ１３０Ａおよび偏光変換素子１４０Ａをｚ方向からみた正面図である。
【００７８】
第１のレンズアレイ１２０ＡではＭ行Ｎ列（Ｍ＝６，Ｎ＝４）のずれのないマトリクス状に小レンズが配置されている。一方、第２のレンズアレイ１３０Ａは、その上部１３０Ａｕ（上から３行目まで）と下部１３０Ａｄ（４行目から６行目まで）が中心線Ｌｙに対してずれ量ｄ３Ａでそれぞれ−ｘ方向および＋ｘ方向にずれて配置されている。したがって、上部１３０Ａｕと下部１３０Ａｄの相対的なずれ量ｄ２Ａは、中心線Ｌｙを基準としたずれ量ｄ３Ａの２倍に等しい。
【００７９】
偏光変換素子１４０Ａは、第２のレンズアレイ１３０Ａの上部１３０Ａｕと下部１３０Ａｄのずれに対応するように、中心線Ｓｙに対してずれ量ｄ３Ａでそれぞれ−ｘ方向および＋ｘ方向にずれて配置されている。また、各小レンズの中心が偏光変換素子１４０Ａの偏光分離膜１４４のｘ方向の中心にほぼ一致するように、中心線Ｓｙは、偏光変換素子１４０Ａの偏光分離膜１４４あるいは反射膜１４５のｘ方向の幅Ｗｐの半分にほぼ等しいずれ量ｄ４Ａだけ中心線Ｌｙから−ｘ方向にずれている。なお、偏光変換素子１４０Ａの構成要素および基本的な機能は、図７に示した偏光変換素子１４０と全く同じであるため、説明を省略する。
【００８０】
第１と第２のレンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａの小レンズは、第１実施例における第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０の小レンズ１２２とは異なっている。第１実施例の小レンズ１２２は、レンズの光軸（光学的中心）とレンズ中心（幾何学的中心）とが一致したレンズである。一方、第２実施例における第１と第２のレンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａを構成する小レンズは、レンズの光軸とレンズ中心とが一致していない偏心レンズである。図１１において、各小レンズに描かれた実線の十字は各小レンズの光軸の位置を示している。
【００８１】
第１のレンズアレイ１２０Ａの上部１２０Ａｕ（上から３行目まで）の小レンズ１２２Ａａの光軸の位置は小レンズのレンズ中心に対して−ｘ方向にずれ量ｄ３Ａだけずれており、これに対応する第２のレンズアレイ１３０Ａの上部１３０Ａｕの小レンズ１３２Ａａの光軸の位置は小レンズのレンズ中心に対して＋ｘ方向にずれ量ｄ３Ａだけずれている。一方、第１のレンズアレイ１２０Ａの下部１２０Ａｄ（４行目から６行目）の小レンズ１２２Ａｂの光軸の位置は小レンズのレンズ中心に対して＋ｘ方向にずれ量ｄ３Ａだけずれており、これに対応する第２のレンズアレイ１３０Ａの下部１３０Ａｄの小レンズ１３２Ａｂの光軸の位置は小レンズのレンズ中心に対して−ｘ方向にずれ量ｄ３Ａだけずれている。図１１（Ｄ）は、上記のような光軸の位置のずれた小レンズ（偏心レンズ）の構造例を示している。小レンズ１２２Ａａ（１３２Ａｂ）や１３２Ａａ（１２２Ａｂ）は図に示すように、球面レンズを所定の位置でカットすることにより、カット後のレンズ中心に対して光軸の位置がずれたレンズと等価な構造を有する偏心レンズである。通常は、型成形によって、レンズアレイ全体を一体成形する場合が多い。なお、各小レンズ１２２Ａａ，１２２Ａｂ，１３２Ａａ，１３２Ａｂのレンズ中心に対する光軸の位置のずれ量は、第２のレンズアレイ１３０Ａにおける上部および下部の中心線Ｌｙに対するずれ量ｄ３Ａに等しい。
【００８２】
図１２は、第１と第２のレンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａの一部を拡大して示す説明図である。図１２（Ａ）は上部の一つ、図１２（Ｂ）は下部の一つをｙ方向からみた図である。図１２（Ａ）に示すように、第１のレンズアレイ１２０Ａの上部の小レンズ１２２Ａａと対応する第２のレンズアレイ１３０Ａの小レンズ１３２Ａａとは、小レンズ１２２Ａａのレンズ中心１２２ａ（ＧＣ）と小レンズ１３２Ａａの光軸１３２ａ（ＯＣ）とが一致するとともに、小レンズ１２２Ａａの光軸１２２ａ（ＯＣ）と小レンズ１３２Ａａのレンズ中心１３２ａ（ＧＣ）とが一致するように配置されている。同様に、図１２（Ｂ）に示すように、第１のレンズアレイ１２０Ａの下部の小レンズ１２２Ａｂと対応する第２のレンズアレイ１３０Ａの小レンズ１３２Ａｂとは、小レンズ１２２Ａｂのレンズ中心１２２ｂ（ＧＣ）と小レンズ１３２Ａｂの光軸１３２ｂ（ＯＣ）とが一致するとともに、小レンズ１２２Ａｂの光軸１２２ｂ（ＯＣ）と小レンズ１３２Ａｂのレンズ中心１３２ｂ（ＧＣ）とが一致するように配置されている。このとき、小レンズ１２２Ａａに入射した部分光束Ｌ１の中心軸は、小レンズ１２２Ａａによって対応する小レンズ１３２Ａａの中心を通過するように偏向される。偏光された部分光束Ｌ１は、小レンズ１３２Ａａを通過すると、小レンズ１２２Ａａ入射時の部分光束の進行方向に平行となるように偏向される。したがって、部分光束Ｌ１の光路の位置は、小レンズ１２２Ａａへの入射時に対して−ｘ方向にずれ量ｄ３Ａだけ平行にずれたことになる。一方、小レンズ１２２ｂに入射した部分光束Ｌ２の光路の位置も、同様に、小レンズ１２２ｂおよび１３２ｂの偏向作用によって、小レンズ１２２Ａｂへの入射時に対して＋ｘ方向にずれ量ｄ３Ａだけ平行にずれる。したがって、第１と第２のレンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａの同じ列の上部と下部を通過した部分光束の光路の位置は、相対的にずれ量ｄ３Ａの２倍だけずれることになる。
【００８３】
図１３は、第２実施例における第１と第２のレンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａおよび偏光変換素子１４０Ａの機能を示す説明図である。
【００８４】
図１３（Ａ）は第１と第２のレンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａの第３行目第２列を通過する２つの部分光束Ｌ３２Ａａ，Ｌ３２Ａｂの光路を示している。２つの部分光束Ｌ３２Ａａ，Ｌ３２Ａｂは、それらの中心軸３２Ａａｃｌ，３２Ａｂｃｌが被照明領域２５２ａに対する入射角度θ３２Ａａ，θ３２Ａｂで被照明領域２５２ａの中心をそれぞれ通過する。
【００８５】
一方、図１３（Ｂ）は、第１と第２のレンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａの第４行目第２列を通過する２つの部分光束Ｌ４２Ａａ，Ｌ４２Ａｂの光路を示している。２つの部分光束Ｌ４２Ａａ，Ｌ４２Ａｂは、それらの中心軸４２Ａａｃｌ，４２Ａｂｃｌが被照明領域２５２ａに対する入射角度θ４２Ａａ，θ４２Ａｂで被照明領域２５２ａの中心をそれぞれ通過する。
【００８６】
ここで、部分光束Ｌ３２Ａ（Ｌ３２ＡａおよびＬ３２Ａｂ）と部分光束Ｌ４２Ａ（Ｌ４２ＡａおよびＬ４２Ａｂ）とが重畳レンズ１５０へ入射する入射位置は、先に説明したように第１と第２のレンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａの対応する小レンズ１２２Ａａと１３２Ａａおよび１２２Ａｂと１３２Ａｂの偏光作用によって、ｘ方向で異なることになる。その結果、部分光束の中心軸の入射角度、すなわち部分光束Ｌ３２Ａの入射角度θ３２Ａ（θ３２Ａａおよびθ３２Ａｂ）と部分光束Ｌ４２Ａ入射角度θ４２Ａ（θ４２Ａａおよびθ４２Ａｂ）とが異なることになる。本実施例では、θ３２Ａｂ＜θ４２Ａｂ＜θ３２Ａａ＜θ４２Ａａとなる。部分光束の入射角度がことなれば、第１実施例でも説明したように、それぞれの部分光束によって形成される暗線の位置が異なることになる。したがって、同じ列方向で分割されたＭ個の部分光束のそれぞれによって形成される暗線が、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である。このとき、同じ列方向のＭ個の部分光束による暗線は、第１と第２のレンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａの上部と下部に対応して２ヶ所に分離される。
【００８７】
第１実施例でも説明したように、暗線を目立ちにくくするためには、各部分光束による暗線が重ならないことが好ましく、できる限り暗線間隔をあけることが望ましい。そこで、上部の各列の部分光束毎によって発生する暗線間隔を等間隔で区分する位置に下部の各列によって発生する暗線が形成されるように、図１１に示した第２のレンズアレイ１３０Ａの上部と下部のずらし量ｄ２Ａを、小レンズ１３２Ａ（１３２Ａａ、１３２Ａｂ）のｘ方向の幅ｄ１Ａの１／４に設定することが好ましい。こうすれば、上部の部分光束による暗線間隔のちょうど中間に下部の暗線が形成されるようにすることができる。第２実施例における第１と第２のレンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａおよび偏光変換素子１４０Ａの各ずらし量の好ましい関係をまとめると以下のようになる。
【００８８】
ｄ２Ａ＝ｄ１Ａ／４，ｄ３Ａ＝ｄ２Ａ／２，ｄ４Ａ＝ｄ１Ａ／４  …（３）
但し、ｄ１Ａは小レンズのｘ方向の幅である。
【００８９】
なお、本実施例では、偏光変換素子１４０Ａを備える投写型表示装置を例に説明しているが、第１実施例と同様に、偏光変換素子１４０Ａを備えない場合にも本発明を適用することが可能である。この場合には、第２実施例において偏光変換素子１４０の反射膜１４５による部分光束が存在しない状態と実質的に等価であり、図１１に示した第２のレンズアレイ１３０Ａのずらし量ｄ２を小レンズ１３２Ａ（１３２Ａａ，１３２Ａｂ）のｘ方向の幅ｄ１Ａの１／２とすればよい。偏光変換素子１４０Ａを備えない場合における第１と第２のレンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａの各ずらし量の好ましい関係をまとめると以下のようになる。
【００９０】
ｄ２Ａ＝ｄ１Ａ／２，ｄ３Ａ＝ｄ２Ａ／２                      …（４）
但し、ｄ１Ａは小レンズのｘ方向の幅である。
【００９１】
Ｃ．第３実施例：
図１４は、第３実施例における第１のレンズアレイ１２０Ｂと第２のレンズアレイ１３０Ｂおよび偏光変換素子１４０Ｂをｚ方向からみた正面図である。
【００９２】
上述した第２実施例において第２のレンズアレイ１３０Ａの上部１３０Ａｕ（上から３行目まで）と下部１３０Ａｄ（４行目から６行目まで）とがずれて配置されているのに対して、第３実施例では、第２のレンズアレイ１３０Ｂの奇数行と偶数行とが中心線Ｌｙに対してずれ量ｄ３Ｂでそれぞれ−ｘ方向および＋ｘ方向にずれて配置されている。奇数行に対する偶数行のずれ量ｄ２Ｂは、中心線Ｌｙを基準としたずれ量ｄ３Ｂの２倍に等しい。
【００９３】
第１のレンズアレイ１２０Ｂの奇数行の小レンズ１２２Ｂａの光軸は小レンズのレンズ中心に対して−ｘ方向にずれ量ｄ３Ｂだけずれ、対応する第２のレンズアレイ１３０Ｂの小レンズ１３２Ｂａの光軸は小レンズのレンズ中心に対して＋ｘ方向にずれ量ｄ３Ｂだけずれている。また、図１２で説明したように互いのレンズ中心と光軸とがｘ方向の同じ位置で一致するように配置されている。一方、第１のレンズアレイ１２０Ｂの偶数行の小レンズ１２２Ｂｂの光軸は、奇数行と同様に、小レンズのレンズ中心に対して＋ｘ方向にずれ量ｄ３Ｂだけずれ、対応する第２のレンズアレイ１３０Ｂの小レンズ１３２Ｂｂの光軸は小レンズのレンズ中心に対して−ｘ方向にずれ量ｄ３Ｂだけずれている。また、互いのレンズ中心と光軸とがｘ方向の同じ位置で一致するように配置されている。
【００９４】
偏光変換素子１４０Ｂは、第２のレンズアレイ１３０Ｂにおけるずれに対応するように、その奇数行と偶数行とが中心線Ｓｙに対してそれぞれ−ｘ方向と＋ｘ方向とにずれて配置されている。また、第２のレンズアレイ１３０Ｂの各小レンズの中心が偏光分離膜１４４のｘ方向の中心にほぼ一致するように、中心線Ｓｙは、偏光変換素子１４０の偏光分離膜１４４あるいは反射膜１４５のｘ方向の幅Ｗｐの半分にほぼ等しいずれ量ｄ４だけ中心線Ｌｙから−ｘ方向にずれている。
【００９５】
第３実施例においても、第２実施例の場合と同様に、第２のレンズアレイ１２０Ｂの奇数行を通過した部分光束と偶数行を通過した部分光束をｘ方向で相対的にずらすことができる。したがって、同じ列方向に並ぶ部分光束によって形成される暗線を、奇数行の部分光束による暗線と偶数行の部分光束による暗線の２つに分離することができるので、暗線を目立ちにくくすることができる。
【００９６】
また、第３実施例は、以下のような効果も有する。光源部１１０は、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。さらに、上下左右方向で対称とは限らない。すなわち、第１と第２のレンズアレイ１２０Ｂ、１３０Ｂを通過する部分光束の明るさは、図１４（Ｄ）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。そこで、本実施例では、図１４に示すように、第１行目と第３行目と第５行目を第１組とし、第２行目と第４行目と第６行目を第２組として、第１組と第２組のｘ方向で異なる位置にずらして配置しているとみることもできる。この結果、ほぼ等しい暗さの暗線が２ヶ所に分離して形成されるため、単に暗線が２ヶ所に分離して形成され、それぞれの暗線の暗さが異なる場合よりも暗線を目立ちにくくすることが可能となる。なお、組分けは、奇数行と偶数行の組に限定されず、各組の部分光束の光量の総和がほぼ等しくなるようにできればよい。例えば、２組ではなく３組の組分けでもよい。また、上下方向で光源の光量変化が対称であれば、第２実施例であってもよい。
【００９７】
なお、第２実施例と第３実施例は、同じ列に並ぶ部分光束によって発生する暗線を２ヶ所に分離する点においては同じである。但し、第２実施例の方が、第３実施例に比べて、第１と第２のレンズアレイおよび偏光変換素子の構成が簡単であるという利点を有する。
【００９８】
第１，第２実施例でも説明したように、暗線を目立ちにくくするためには、各部分光束による暗線が重ならないことが好ましく、できる限り暗線間隔をあけることが望ましい。そこで、本実施例においても奇数行の部分光束による暗線間隔を等間隔で区分する位置に偶数行の暗線が形成されるように、図１４に示した第２のレンズアレイ１３０Ｂの偶数行と奇数行のずらし量ｄ２Ｂは、小レンズ１３２Ｂ（１３２Ｂａ、１３２Ｂｂ）のｘ方向の幅ｄ１Ｂの１／４に設定されることが好ましい。こうすれば、奇数行の部分光束による暗線間隔のちょうど中間の位置に偶数行の暗線が形成されるようにすることができる。本実施例における第１と第２のレンズアレイ１２０Ｂ，１３０Ｂおよび偏光変換素子１４０Ｂの各ずらし量の好ましい関係をまとめると以下のようになる。
【００９９】
ｄ２Ｂ＝ｄ１Ｂ／４，ｄ３Ｂ＝ｄ２Ｂ／２，ｄ４Ｂ＝ｄ１Ｂ／４  …（５）
但し、ｄ１Ｂは小レンズのｘ方向の幅である。
【０１００】
なお、第３実施例も、偏光変換素子１４０Ａを備える投写型表示装置を例に説明しているが、第１、第２実施例と同様に、偏光変換素子１４０Ｂを備えない場合にも本発明を適用することが可能である。この場合には、第３実施例において偏光変換素子１４０Ｂの反射膜１４５による部分光束が存在しない状態と実質的に等価であり、図１４に示した第２のレンズアレイ１３０Ｂのずらし量ｄ２を小レンズ１３２Ｂ（１３２Ｂａ，１３２Ｂｂ）のｘ方向の幅ｄ１Ｂの１／２とすればよい。偏光変換素子１４０Ｂを備えない場合における第１と第２のレンズアレイ１２０Ｂ，１３０Ｂの各ずらし量の好ましい関係をまとめると以下のようになる。
【０１０１】
ｄ２Ｂ＝ｄ１Ｂ／２，ｄ３Ｂ＝ｄ２Ｂ／２                      …（６）
但し、ｄ１Ｂは小レンズのｘ方向の幅である。
【０１０２】
Ｄ．第４実施例：
図１５は、第４実施例における第１のレンズアレイ１２０Ｃと第２のレンズアレイ１３０Ｃおよび偏光変換素子１４０Ｃをｚ方向からみた正面図である。
【０１０３】
第４実施例では、第２のレンズアレイ１３０Ｃの第３行目と第４行目が中心線Ｌｙに対してそれぞれ＋ｘ方向、−ｘ方向にずれ量ｄ３Ｃだけずれて配置されている。第３行目に対する第４行目のずれ量ｄ２Ｃは中心線Ｌｙを基準としたずれ量ｄ３Ｃの２倍である。
【０１０４】
第１のレンズアレイ１２０Ｃの第３行目の小レンズ１２２Ｃａの光軸は小レンズのレンズ中心に対して＋ｘ方向にずれ量ｄ３Ｃだけずれ、対応する第２のレンズアレイ１３０Ｃの小レンズ１３２Ｃａの光軸は小レンズのレンズ中心に対して−ｘ方向にずれ量ｄ３Ｃだけずれている。また、図１２で説明したように互いのレンズ中心と光軸とがｘ方向の同じ位置で一致するように配置されている。一方、第１のレンズアレイ１２０Ｃの第４行目の小レンズ１２２Ｃｂの光軸は小レンズのレンズ中心に対して−ｘ方向にずれ量ｄ３Ｃだけずれ、対応する第２のレンズアレイ１３０Ｃの小レンズ１３２Ｃｂの光軸は小レンズのレンズ中心に対して＋ｘ方向にずれ量ｄ３Ｃだけずれている。また、互いのレンズ中心と光軸とがｘ方向の同じ位置で一致するように配置されている。なお、その他の行の小レンズは、レンズ中心と光軸とが一致した通常の集光レンズである。
【０１０５】
偏光変換素子１４０Ｃは、第２のレンズアレイ１３０Ｃにおけるずれに対応するように、その第３行目と第４行目が中心線Ｓｙに対してそれぞれ＋ｘ方向および−ｘ方向にずれて配置されている。また、第２のレンズアレイ１３０Ｃの各小レンズの中心が偏光分離膜１４４のｘ方向の中心にほぼ一致するように、中心線Ｓｙは、偏光変換素子１４０Ｃの偏光分離膜１４４あるいは反射膜１４５のｘ方向の幅Ｗｐの半分にほぼ等しいずれ量ｄ４Ｃだけ中心線Ｌｙから−ｘ方向にずれている。
【０１０６】
第４実施例においても、第２，第３実施例の場合と同様に、第２のレンズアレイ１２０Ｃの第３行目を通過する部分光束と第４行目を通過する部分光束とその他の行を通過する部分光束をｘ方向で相対的にずらすことができる。したがって、同じ列方向に並ぶ部分光束によって形成される暗線を、第３行目の部分光束による暗線と第４行目の部分光束による暗線とその他の行による暗線の３つに分離することができるので、暗線を目立ちにくくすることができる。なお、使用される光源の光軸中心の光量が特に強く、かつ中心から離れると弱いような場合には、光源光軸中心付近の部分光束によって発生した暗線のみが特に目立ちやすい。このような場合には、光源光軸中心付近の部分光束により発生する暗線が重ならないようにしてやればよい。第４実施例は、このような場合に有効な実施例である。
【０１０７】
第１ないし第３実施例でも説明したように、暗線を目立ちにくくするためには、各部分光束による暗線が重ならないことが好ましく、できる限り暗線間隔をあけることが望ましい。本実施例においては、同じ列の第３行目と第４行目の部分光束による暗線は、他の行の部分光束による暗線に対して±ｘ方向にずれて形成される。したがって、ずらし量ｄ３Ｃの設定値によっては、隣の列の第４行目または第３行目の部分光束による暗線と重なってしまう場合がある。そこで、特に、第３行目および第４行目を除く行の部分光束によって形成される暗線間隔を、第３行目の部分光束による暗線と第４行目の部分光束による暗線とでほぼ３等分するようにすることが好ましい。これを達成するには、図１５に示した第２のレンズアレイ１３０Ｃの第３行目と第４行目のずらし量ｄ２Ｃを、小レンズ１３２Ｃ（１３２Ｃａ、１３２Ｃｂ）のｘ方向の幅ｄ１Ｃの１／３に設定すればよい。こうすれば、第３行目と第４行目およびこれらを除く行の部分光束によって形成される暗線間隔がほぼ均等間隔とすることができ、最も暗線間隔を離すことができる。第４実施例における第１と第２のレンズアレイ１２０Ｃ，１３０Ｃおよび偏光変換素子１４０Ｃの各ずらし量の好ましい関係をまとめると以下のようになる。
【０１０８】
ｄ２Ｃ＝ｄ１Ｃ／３，ｄ３Ｃ＝ｄ２Ｃ／２，ｄ４Ｃ＝ｄ１Ｃ／４  …（７）
但し、ｄ１Ｃは小レンズのｘ方向の幅である。
【０１０９】
なお、本実施例も、偏光変換素子１４０Ｃを備える投写型表示装置を例に説明しているが、第１ないし第３実施例と同様に、偏光変換素子１４０Ｃを備えない場合にも本発明を適用することが可能である。この場合には、偏光変換素子１４０Ｃの反射膜１４５による部分光束が存在しない状態と実質的に等価であり、図１５に示した第２のレンズアレイ１３０Ｃのずらし量ｄ２Ｃを小レンズ１３２Ｃ（１３２Ｃａ，１３２Ｃｂ）のｘ方向の幅ｄ１Ｃの２／３とすればよい。偏光変換素子１４０Ｃを備えない場合における第１と第２のレンズアレイ１２０Ｃ，１３０Ｃの各ずらし量の好ましい関係をまとめると以下のようになる。
【０１１０】
ｄ２Ｃ＝ｄ１Ｃ×（２／３），ｄ３Ｃ＝ｄ２Ｃ／２              …（８）
但し、ｄ１Ｃは小レンズのｘ方向の幅である。
【０１１１】
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。
【０１１２】
（１）上記第２ないし第４実施例において、第２のレンズアレイは、各行毎または行方向の区分線に沿って区分された複数の領域毎に、行方向のすべて異なった位置にずらすことも可能である。また、１つの行または１つの領域のみを行方向の異なった位置にずらすことも可能である。さらに、上記実施例では、光源からの光束をマトリクス状の複数の光束に分割していたが、本発明は、少なくともほぼ１列に並ぶ複数の光束に分割する場合にも適用することができる。すなわち、第２のレンズアレイの少なくとも同じ列方向に並ぶ複数行の小レンズのうち、少なくとも１つの行の第２の小レンズを、他の行の小レンズから所定の量だけ行方向にずれた位置に配置すればよい。このとき、このずれた第２の小レンズに、第１のレンズアレイから出射された光束がうまく入射することが望ましい。このためには、例えば、第２の小レンズに対応する第１のレンズアレイの第１の小レンズを、小レンズの幾何学的中心に対してその光学的中心が行方向にずれた偏心レンズとすればよい。また、第２のレンズアレイから出射した同じ列方向に並ぶ１列の部分光束は、各小レンズの行方向のずれ量に係わらず、被照明領域上の同じ位置を照明することが望ましい。このためには、例えば、第２のレンズアレイの第２の小レンズに入射した偏向光束が、その前段の第１のレンズアレイの第１の小レンズに入射する部分光束と同じ方向に進む部分光束となるように、第２の小レンズを第１の小レンズの幾何学的中心に対する光学的中心のずれ方向とは反対の方向にずれた光学的中心を有する偏心レンズとすればよい。
【０１１３】
こうすれば、例えば、第２のレンズアレイの後段に配置される重畳レンズによって、同じ列方向に並ぶ１列の部分光束を同じ照明領域上で重畳することができる。このとき、第１と第２の小レンズを通過した部分光束の被照明領域に入射する入射角度は他の小レンズを通過した部分光束の入射角度とは異なることになる。これによって、クロスダイクロイックプリズムの中心軸に対する部分光束の位置が、第１と第２の小レンズを通過した部分光束と他の小レンズを通過した部分光束とで異なることになって暗線の発生位置を分離することができる。したがって、クロスダイクロイックプリズムに起因して発生する暗線を目立ちにくくすることができる。
【０１１４】
（２）上記各実施例では、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実施例における第１のレンズアレイ１２０と第２のレンズアレイ１３０と偏光変換素子１４０をｚ方向からみた正面図。
【図９】第１実施例における第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０および偏光変換素子１４０の機能を示す説明図。
【図１０】第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０の第３行目と第４行目に対応する部分光束がクロスダイクロイックプリズム２６０内を通過する様子を示す説明図。
【図１１】第２実施例における第１のレンズアレイ１２０Ａと第２のレンズアレイ１３０Ａおよび偏光変換素子１４０Ａをｚ方向からみた正面図。
【図１２】第１と第２のレンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａの一部を拡大して示す説明図。
【図１３】第２実施例における第１と第２のレンズアレイ１２０Ａ，１３０Ａおよび偏光変換素子１４０Ａの機能を示す説明図。
【図１４】第３実施例における第１のレンズアレイ１２０Ｂと第２のレンズアレイ１３０Ｂおよび偏光変換素子１４０Ｂをｚ方向からみた正面図。
【図１５】第４実施例における第１のレンズアレイ１２０Ｃと第２のレンズアレイ１３０Ｃおよび偏光変換素子１４０Ｃをｚ方向からみた正面図。
【図１６】投写型表示装置の要部を示す概念図。
【図１７】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１８】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
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
１２０Ａ…第１のレンズアレイ
１２０Ａｄ…第１のレンズアレイの下部
１２０Ａｕ…第１のレンズアレイの上部
１２０Ｂ…第１のレンズアレイ
１２０Ｃ…第１のレンズアレイ
１２０ｄ…第１のレンズアレイの下部
１２０ｕ…第１のレンズアレイの上部
１２２…小レンズ
１２２Ａａ，１２２Ａｂ…小レンズ
１２２Ｂａ，１２２Ｂｂ…小レンズ
１２２Ｃａ，１２２Ｃｂ…小レンズ
１３０…第２のレンズアレイ
１３０Ａ…第２のレンズアレイ
１３０Ａｄ…第１のレンズアレイの下部
１３０Ａｕ…第１のレンズアレイの上部
１３０Ｂ…第２のレンズアレイ
１３０Ｃ…第２のレンズアレイ
１３０ｄ…第１のレンズアレイの下部
１３０ｕ…第１のレンズアレイの上部
１３２…小レンズ
１３２Ａａ，１３２Ａｂ…小レンズ
１３２Ｂａ，１３２Ｂｂ…小レンズ
１３２Ｃａ，１３２Ｃｂ…小レンズ
１４０…偏光変換素子
１４０Ａ…偏光変換素子
１４０Ｂ…偏光変換素子
１４０Ｃ…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
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
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
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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