(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を有する照明装置と、
上記照明装置によって照明され照明光を表示画像に応じて空間変調して透過又は反射させる変調素子と、
上記変調素子の像を結像させる投射レンズと、
上記照明装置より出射された光束のうち、上記変調素子を照明しない不要光を上記光源側に反射する第１の反射素子とを備え、
上記光源は、発光点からの光を反射する反射面を放物面とした反射鏡と、上記反射鏡の開口端側に設けられた保護ガラスとを備え、上記保護ガラスの表裏いずれか一方の面に、上記第１の反射素子により反射される不要光を反射する第２の反射素子が設けられていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
上記光源は、ガラスチューブからなるバルブ中に発光点を有し、上記ガラスチューブの表面の少なくとも一部に反射防止膜が設けられている放電ランプを用いていることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
上記第２の反射素子は、上記反射鏡によって反射された光束が透過しない領域に形成されていることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項４】
光源を有する照明装置と、
上記照明装置によって照明され照明光を表示画像に応じて空間変調して透過又は反射させる変調素子と、
上記変調素子の像を結像させる投射レンズと、
上記照明装置より出射された光束のうち、上記変調素子を照明しない不要光を上記光源側に反射する第１の反射素子とを備え、
上記光源は、発光点からの光を反射する反射面を回転楕円面とした反射鏡と、上記反射鏡の開口端側に設けられた保護ガラスとを備え、上記保護ガラスの表裏いずれか一方の面に、上記第１の反射素子により反射される不要光を反射する第２の反射素子が設けられていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
上記発光点は、上記反射鏡の第１の焦点に位置され、
上記第２の反射素子は、上記反射鏡によって反射された光束が透過しない領域に形成され、
上記第２の反射素子に近接して、上記反射素子により反射される光束を、上記反射鏡の第２の焦点に集光する集光レンズが設けられていることを特徴とする請求項４記載の画像表示装置。
【請求項６】
光源を有する照明装置と、
上記照明装置によって照明され照明光を表示画像に応じて空間変調して透過又は反射させる変調素子と、
上記変調素子の像を結像させる投射レンズと、
上記照明装置より出射された光束のうち、上記変調素子を照明しない不要光を上記光源側に反射する反射型偏光板からなる第１の反射素子とを備え、
上記光源は、発光点からの光を反射する反射面を放物面とした反射鏡と、上記反射鏡の開口端側に設けられた保護ガラスとを備え、上記保護ガラスの表裏いずれか一方の面に、上記第１の反射素子により反射される不要光を反射する第２の反射素子が設けられるとともに、
上記第２の反射素子と上記第１の反射素子との間に位置して１／４波長板が設けられていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
上記１／４波長板と上記第１の反射素子は、上記保護ガラス上に一体に設けられていることを特徴とする請求項６記載の画像表示装置。
【請求項８】
上記１／４波長板は、上記反射鏡の中心軸を中心にして放射状に複数の領域に分割されていることを特徴とする請求項６記載の画像表示装置。
【請求項９】
光源を有する照明装置と、
上記照明装置によって照明され照明光を表示画像に応じて空間変調して透過又は反射させる変調素子と、
上記変調素子の像を結像させる投射レンズと、
上記照明装置より出射された光束のうち、上記変調素子を照明しない不要光を上記光源側に反射する反射型偏光板からなる第１の反射素子とを備え、
上記光源は、発光点からの光を反射する反射面を回転楕円面とした反射鏡と、上記反射鏡の開口端側に設けられた保護ガラスとを備え、上記保護ガラスの表裏いずれか一方の面に、上記第１の反射素子により反射される不要光を反射する第２の反射素子が設けられ、
上記１／４波長板と上記第１の反射素子との間にリレーレンズ及びフィールドレンズを備えていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１０】
上記反射鏡の第１の焦点に上記発光点に配置し、上記反射鏡の第２の焦点に位置して上記リレーレンズを配置したことを特徴とする請求項９記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置によって照明される変調素子と、この変調素子の像を結像させる投射レンズとを備えた投射型の画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、照明装置と、この照明装置によって照明される変調素子と、この変調素子の像を結像させる投射レンズとを備えた投射型の画像表示装置が提案されている。このような画像表示装置は、照明装置の光源として放電ランプを用い、変調素子として液晶を用いて、比較的大型の画像表示装置として実用化されている。
【０００３】
このような画像表示装置においては、１個の変調素子の各画素にカラーフィルタを配置する構造や、時分割でカラー表示するいわゆるシーケンシャルカラー表示方式を採用することにより、装置の低コスト化が図られてはいるが、光利用効率が低く、消費電力が大きいことが問題となっている。
【０００４】
光利用効率が低い原因としては、変調素子が入射光の偏光状態を変調する非発光の素子であるため、光源から発せられる光束を偏光成分により分離しその後合成する手段が必要であり、自発光の表示装置と違い、黒表示においても光源が発光していること、変調素子の開口率で決まる光利用効率に応じた損失があることなどである。
【０００５】
従来の画像表示装置において、光利用効率の向上は、以下のように、この画像表示装置を構成する光学素子等においてなされている。
【０００６】
〔偏光成分の分離及び合成について〕
照明装置の光源から発せられた光束を、偏光成分に応じて分離し、また、合成する偏光変換素子としては、図４５に示すように、光源１０１と変調素子１０２との間に配置されたＰ−Ｓ変換素子１０３が知られている。このＰ−Ｓ変換素子１０３は、図４６に示すように、無機物質からなる多層膜で構成された偏光分離膜１０４が表面に形成された板ガラス１０５と反射面１０６が表面に形成された板ガラス１０７とを交互に貼り合わせたガラスブロック１０８を、その貼り合わせ面に対して傾斜した切断面１０９に沿って板状に切断して構成したものである。
【０００７】
このＰ−Ｓ変換素子１０３に、Ｐ偏光及びＳ偏光が混合した光束を入射させると、偏光分離膜においてＰ偏光とＳ偏光とが分離されるので、Ｐ偏光とＳ偏光とは、このＰ−Ｓ変換素子を構成する各層ごとに分離されて出射する。そして、この出射側において、Ｓ偏光、又はＰ偏光に対応した出射部分に、λ／２板１１０を配置しておくことにより、Ｐ偏光及びＳ偏光のうちいずれか一方のみの偏光成分を有する光束が得られる。
【０００８】
このようなＰ−Ｓ変換素子１０３及びλ／２板１１０を偏光分離装置として用いることにより、入射光の偏光成分を変調する変調素子を照明する照明装置としての光利用効率を改善することができる。
【０００９】
この照明装置においては、光源１０１から発せられた光束は、放物面鏡１１１によって反射され、一対のフライアイレンズ１１２，１１３を経てＰ−Ｓ変換素子１０３に入射される。そして、λ／２板１１０及びコンデンサレンズ１１４を経て、変調素子１０２に至る。
【００１０】
〔反射型偏光板〕
従来より使用されている偏光板は、一方の偏光成分を透過させ、他方の偏光成分については吸収してしまう。また、偏光板として、一方の偏光成分を透過させ、他方の偏光成分については、吸収せずに反射する「反射型偏光板」が知られている。このような「反射型偏光板」を偏光変換素子として使用すると、他方の偏光成分については、再び反射させるなどして利用することができ、光利用効率を改善することができる。
【００１１】
〔複屈折多層膜を使った直線偏光板〕
複屈折多層膜を使った直線偏光板は、それぞれ屈折率異方性を有し互いに屈折率の異なる２種類のポリマフィルムを多層積層させて延伸することにより作られる。すなわち、積層された２種類のポリマフィルムは、一方の偏光軸方位についての屈折率を互いに一致させ、他方の偏光軸方位についての屈折率は互いに一致していない。このように互いに異なる屈折率について調整することにより、一方の偏光軸方位の偏光を透過させ、これと直交する他方の偏光軸方位の偏光を反射させる「反射型偏光板」を構成することができる。
【００１２】
このような「反射型偏光板」として、「３Ｍ社」より、商品名「ＤＢＥＦ」、商品名「ＨＭＦ」として発売されているものがある。
【００１３】
〔コレステリック液晶を使った円偏光板〕
コレステリック液晶の選択反射を利用した円偏光板は、例えば、特開平６−２８１８１４号公報（特許文献１）に記載されているように、コレステリックのピッチが１００ｎｍ以上変化していることにより、選択反射の波長域を可視域全域とすることが可能である。このようなコレステリック円偏光板を使うことにより、波長依存性のない円偏光板を作製することが可能となる。
【００１４】
コレステリック液晶を使った円偏光板とこれを使った偏光変換素子は、例えば、特許２５０９３７２号公報に示されている。この素子は、円偏光の特性、すなわち、一回の反射によって位相が１８０°変化することにより、右回り円偏光は左回り円偏光へと、左回り円偏光は右回り円偏光へと変化することを利用したものである。図４７に示すように、コレステリック液晶１１５に反射鏡１１１を組み合わせることにより、偏光分離合成装置を構成することが可能となる。上述のような直線偏光を使った偏光分離合成装置においては、λ／２板を必要としたが、円偏光の場合には、λ／２板を必要としない。
【００１５】
すなわち、光源１０１から発せられた光束は、コンデンサレンズ１１６を介してコレステリック液晶１１５に入射するとともに、反射鏡１１１に反射されて、コンデンサレンズ１１６を介してコレステリック液晶１１５に入射する。このとき、一方向の円偏光はコレステリック液晶１１５を透過するが、他方向の円偏光はコレステリック液晶１１５により反射される。このようにしてコレステリック液晶１１５により反射された他方向の円偏光は、反射鏡１１１に反射されることにより、一方向の円偏光となって、再びコレステリック液晶１１５に入射し、このコレステリック液晶１１５を透過する。
【００１６】
【特許文献１】特開平６−２８１８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、上述のような画像表示装置に用いられる照明装置おいては、以下のような問題があった。
【００１８】
〔製造プロセス〕
上述のような照明装置は、製造プロセスが複雑であり、製造が煩雑であるとともにコスト高ともなっている。
【００１９】
〔コレステリック液晶を使った円偏光板の問題点〕
上述した特許文献１に記載されている円偏光板においては、波長依存性はないものの、偏光分離特性としては十分なものとはいえなかった。そのため、画像表示装置として必要なコントラストを得るためには、吸収型の偏光板（他方の偏光を吸収する偏光板）と併用することが必要であった。そのため、光利用効率を向上させることが困難であった。
【００２０】
〔コレステリック液晶円偏光板を使った偏光分離装置の問題点〕
上述した特許２５０９３７２号公報、特開平６−２８１８１４号公報に記載された図４７に示した照明装置は、実際に光源として使用される放電ランプの反射板（リフレクター）の形状において考えた場合、又は、変調素子を照明するものとし考えた場合においては、必ずしも予定された効果が得られるものではなかった。
【００２１】
すなわち、図４８に示すように、実際の放電ランプの反射板１１１の形状は、回転放物面形状、又は、回転楕円面形状となっているので、コレステリック液晶１１５からなる偏光分離素子によって光源１０１側に反射された光束は、反射板１１１による反射を２回受ける。反射板１１１における一回の反射で生ずる位相変化が１８０°として、２回反射されると、位相が変化しないこととなる。
【００２２】
さらに、反射板１１１におけるＰ偏光、Ｓ偏光の反射率に差があり、また、光源１０１である放電ランプのガラスチューブを通過することによる位相変化、散乱が生じるため、偏光変換の効果は少なくなってしまう。また、反射板が放物面鏡である場合、焦点位置から発した光束は反射型偏光板で反射された場合に焦点位置に戻るが、焦点位置以外の点から発した光束は、反射型偏光板による反射光が必ずしも発光点に戻らない。
【００２３】
また、図４９に示すように、反射鏡１１１として、楕円面ミラーを使用した場合において、コレステリック液晶１１５の位置によっては、このコレステリック液晶１１５による反射光は、光源１０１の発光点に戻らずに、放電ランプの電極によって吸収されたり、反射鏡１１１による反射後に角度分布を拡げることとなってしまう。角度分布が拡がることは、光源のエテンデュー（Etendue）を大きくすることとなり、照明光の利用効率を低下させる原因となる。
【００２４】
上述のように、従来の照明装置における偏光変換素子は、光利用効率の点や、製造コストの点において問題があり、光源に光を戻す手段として十分な効率が得られるものではなかった。
【００２５】
そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、構成の複雑化や製造の煩雑化を招くことなく、照明光の利用効率が向上された照明装置を用いた画像表示装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上述の課題を解決するため、本発明に係る画像表示装置は、光源を有する照明装置と、上記照明装置によって照明され照明光を表示画像に応じて空間変調して透過又は反射させる変調素子と、上記変調素子の像を結像させる投射レンズと、上記照明装置より出射された光束のうち、上記変調素子を照明しない不要光を上記光源側に反射する第１の反射素子とを備え、上記光源は、発光点からの光を反射する反射面を放物面とした反射鏡と、上記反射鏡の開口端側に設けられた保護ガラスとを備え、上記保護ガラスの表裏いずれか一方の面に、上記第１の反射素子により反射される不要光を反射する第２の反射素子が設けられている。
【００２７】
また、本発明に係る画像表示装置は、光源を有する照明装置と、上記照明装置によって照明され照明光を表示画像に応じて空間変調して透過又は反射させる変調素子と、上記変調素子の像を結像させる投射レンズと、上記照明装置より出射された光束のうち、上記変調素子を照明しない不要光を上記光源側に反射する第１の反射素子とを備え、上記光源は、発光点からの光を反射する反射面を回転楕円面とした反射鏡と、上記反射鏡の開口端側に設けられた保護ガラスとを備え、上記保護ガラスの表裏いずれか一方の面に、上記第１の反射素子により反射される不要光を反射する第２の反射素子が設けられている。
【００２８】
さらに、本発明に係る画像表示装置は、光源を有する照明装置と、上記照明装置によって照明され照明光を表示画像に応じて空間変調して透過又は反射させる変調素子と、上記変調素子の像を結像させる投射レンズと、上記照明装置より出射された光束のうち、上記変調素子を照明しない不要光を上記光源側に反射する反射型偏光板からなる第１の反射素子とを備え、上記光源は、発光点からの光を反射する反射面を放物面とした反射鏡と、上記反射鏡の開口端側に設けられた保護ガラスとを備え、上記保護ガラスの表裏いずれか一方の面に、上記第１の反射素子により反射される不要光を反射する第２の反射素子が設けられるとともに、上記第２の反射素子と上記第１の反射素子との間に位置して１／４波長板が設けられている。
【００２９】
さらに、本発明に係る画像表示装置は、光源を有する照明装置と、上記照明装置によって照明され照明光を表示画像に応じて空間変調して透過又は反射させる変調素子と、上記変調素子の像を結像させる投射レンズと、上記照明装置より出射された光束のうち、上記変調素子を照明しない不要光を上記光源側に反射する反射型偏光板からなる第１の反射素子とを備え、上記光源は、発光点からの光を反射する反射面を回転楕円面とした反射鏡と、上記反射鏡の開口端側に設けられた保護ガラスとを備え、上記保護ガラスの表裏いずれか一方の面に、上記第１の反射素子により反射される不要光を反射する第２の反射素子が設けられ、上記１／４波長板と上記第１の反射素子との間にリレーレンズ及びフィールドレンズを備えている。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る画像表示装置は、照明光の利用効率が向上でき、光源の大型化を抑えながら明るい良質の画像の表示を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００３２】
〔一般的な照明装置の概要〕
本発明の説明に先立って、偏光状態を変調する変調素子を用いた画像表示装置における一般的な照明装置を説明する。この照明装置は、図１に示すように、光源１、インテグレータ素子２、偏光変換素子３及びコンデンサレンズ群４からなる。この照明装置から出射された照明光は、変調素子５に入射する。また、３原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の表示に対応する変調素子に対応するため、偏光変換素子３と変調素子５との間には、色分離素子が配置される場合がある。
【００３３】
インテグレータ素子２は、光源１から出射された光束内の光強度分布のムラを平均化する。偏光変換素子３は、光源１から発せられた光束を、偏光成分に応じて分離し、また、合成する機能を有する素子である。コンデンサレンズ群４は、インテグレータ素子３から出射された光束を変調素子５に効率よく入射させるための素子である。このコンデンサレンズ群４は、インテグレータ素子２の像を、変調素子５上に結像するレンズである。
【００３４】
〔照明装置の概要〕
本発明に係る照明装置は、光源より発せられた光束のうちの変調素子を照明しない不要光を光源側に反射する第１の反射素子と、この第１の反射素子により反射された光束を変調素子側に反射する第２の反射素子とを備えている。これら反射素子により、不要光を照明光として再利用することが可能となり、光源そのものの発光強度を上げることなく、表示画像を明るくすることが可能となる。
【００３５】
このような、不要光の照明光としての再利用が可能となされた照明装置を、以下の説明では、「リサイクル型照明装置」と呼ぶこととする。本発明においては、この「リサイクル型照明装置」を使用して、以下に示すような画像表示装置を構成することができる。
【００３６】
（１）偏光型リサイクル照明装置を備えた画像表示装置
（２）変調素子の開口率を実効的に改善する照明装置を備えた画像表示装置
（３）高効率単板カラー画像表示装置
（４）高効率シーケンシャルカラー画像表示装置
（５）ピーク輝度を改善した画像表示装置
これら画像装置に用いられる各照明装置については、後述する。
【００３７】
〔リサイクル型照明装置の基本型〕
リサイクル型照明装置は、図２に示すように、光源１、インテグレータ素子２、図示しない偏光変換素子、コンデンサレンズ群４からなる照明光学系を有し、さらに、第１の反射素子６を有している。ここで、光源１には、回転放物面の反射鏡である放物面鏡７を備えた放電ランプが用いられている。発光部である放電ランプの発光点は、放物面鏡７の焦点に位置している。インテグレータ素子２としては、第１のフライアイ（fly-eye）レンズ面８及び第２のフライアイレンズ面９を有するフライアイインテグレータとして示している。このインテグレータ素子２の後に、図示しない偏光変換素子が配置されている。コンデンサレンズ群４は、コンデンサレンズ１０及びフィールドレンズ１１からなるものとして示している。第１の反射素子６は、ここでは、光軸に垂直な平面鏡として示している。
【００３８】
ここからの説明では、光源１から第１の反射素子６に達する光束を１次光と称し、第１の反射素子６により反射された後の光束をリサイクル光と称する。図２においては、１次光の代表的な光束を実線で示し、この１次光に対応するリサイクル光を破線で示している。
【００３９】
すなわち、放物面鏡７の焦点に位置する放電ランプの発光点から出射された１次光は、放物面鏡７により反射されて平行光束となり、フライアイインテグレータの第１のフライアイレンズ面８に垂直に入射する。この１次光は、第１のフライアイレンズ面８の各分割エレメントごとに収束され、第２のフライアイレンズ面９の各分割エレメント上に集光する。すなわち、１次光の光源像は、第２のフライアイレンズ面９の各分割エレメント上に結像する。そして、１次光は、第２のフライアイレンズ面９、コンデンサレンズ群４を経て、第１の反射素子６に至る。この照明光学系は、第１の反射素子６の位置において、主光線が光軸に平行となっており、すなわち、テレセントリック光学系となっている。
【００４０】
ここで、第１のフライアイレンズ面８の各分割エレメントと、第１の反射素子６とは、共役の関係となっている。また、第２のフライアイレンズ面９と、光源１の発光点とは、共役の関係となっており、第１のフライアイレンズ面８の対応する分割エレメントが絞りの作用を奏する。
【００４１】
そして、第１の反射素子６に反射されたリサイクル光は、フライアイインテグレータ素子２に戻る。このリサイクル光のうち、第２のフライアイレンズ面９において１次光が通過した範囲を通過した光束で、かつ、対応する第１のフライアイレンズ面８を通過した光束は、発光点に結像する。
【００４２】
実際には、放物面鏡７の大きさが有限であり、光源１を形成するガラスバルブが遮蔽物となるため、発光点に戻る過程で遮光されるリサイクル光が存在する。
【００４３】
〔リサイクル効率を改善する照明装置〕
本発明に係る画像表示装置に用いられる照明装置では、図３に示すように、第１の反射素子６を、光軸に対して傾けるとともに、第２の反射素子となる反射板１４を設けることにより、照明光のリサイクル効率を改善している。この照明装置は、光源１、インテグレータ素子２、図示しない偏光変換素子、コンデンサレンズ群４からなる照明光学系を有し、さらに、第１の反射素子６を有している。ここで、光源１は、回転楕円面の反射鏡である楕円鏡１６を備えた放電ランプとして示しており、発光点が楕円鏡１６の第１の焦点上に位置している。コンデンサレンズ群４は、コンデンサレンズ（リレーレンズ）１０及びフィールドレンズ１１の２枚のレンズにより構成されている。
【００４４】
そして、楕円鏡１６の第２の焦点位置には、絞りを兼ねた反射板１４が配置されている。この反射板１４は、反射率の高い材料により形成され、インテグレータ素子２第２のフライアイレンズ面９から各分割エレメントごとに出射される光束に対応した開口パターンを有している。
【００４５】
コンデンサレンズ１０の像側焦点距離は、フィールドレンズ１１の近傍となるように設定されている。この照明光学系は、第１の反射素子６の位置において、主光線が光軸に平行となっており、すなわち、テレセントリック光学系となっている。この照明光学系において、第１の反射素子６に反射されたリサイクル光は、第１の反射素子６が光軸に対して傾いているために、反射板１４の開口パターンからずれた位置に戻り、この反射板１４によって反射される。反射板１４によって反射されたリサイクル光は、再び第１の反射素子６に戻る。図３においては、１次光の代表的光線を実線で示し、リサイクルの経路を破線で示している。
【００４６】
この照明装置は、図４に示すように、コンデンサレンズ１０以降の光学系の光軸を適当量平行にずらして構成してもよい。ここで、光軸をずらす適当量とは、フライアイインテグレータ２におけるエレメントの分割ピッチの１／４程度である。図４においても、１次光の代表的光線を実線で示し、リサイクルの経路を破線で示している。
【００４７】
これら図３及び図４に示す照明装置において、反射板１４の開口径は、被照明物のエテンデュー（Etendue）によって概ね決まるが、被照明物のアスペクト比、リサイクルの効率を考慮して決定する。
【００４８】
また、第２のフライアアイレンズ面９と反射板１４の位置は、概ね共役の位置となっている。つまり、第１の反射素子６で反射されたリサイクル光は、第２のフライアイレンズ面９に１次光の照度分布とは違う照度分布を形成し、その各エレメントの照度パターンが反射板１４の位置に重ね合わされる。例えば、第２のフライアイレンズ面９の各エレメント形状が同一の矩形形状であれば、リサイクル光の反射板１４における照度パターンは、各エレメント形状に対応する中央の開口部分の照度が低い矩形形状となる。
【００４９】
また、第１の反射素子６での反射光のパターンは、第１のフライアイレンズ面８の各分割エレメントにおいて相似パターンを形成する。第１のフライアイレンズ面８とコンデンサレンズ群４の像側焦点位置が一致している場合、再び第１のフライアイレンズ面８に達した時点で、光軸に対して対称位置に戻る。第１のフライアイレンズ面８の構成が光軸に対して対称なレイアウトとなっている場合は、反射パターンの対称パターンが第１のフライアイレンズ面８の各分割エレメント上に形成され、再び第１の反射素子６を照度を均一化されずに照明する。照度の均一化を目的とする場合には、フィールドレンズ１１と第１のフライアイレンズ面８との間に間隔をとるほうがよい。主光線以外の光線は、第１のフライアイレンズ面８の位置において対称関係とはならないため、リサイクル光の照度の均一化が可能となる。
【００５０】
本発明に係る照明装置は、図５に示すように、楕円鏡１６を有する光源１、楕円鏡１６の第２の焦点上に配置されるリレーレンズ２０、このリレーレンズ２０の近傍に配置される反射板１４、フィールドレンズ２１、反射型偏光板１９、フライアイインテグレータ２、コンデンサレンズ１０、フィールドレンズ１１及び第１の反射素子６を順次配列させて構成した場合において、コンデンサレンズ１０以降の光学系の光軸を平行にずらして構成することができる。
【００５１】
反射板１４は、中央部分が開口部となっており、リレーレンズ２０に対する絞りの機能を果たしている。
【００５２】
この照明装置において、反射型偏光板１９により反射されたリサイクル光は、フィールドレンズ２１、リレーレンズ２０、楕円鏡１６を介して、光源１の発光点に戻る。第１の反射素子６において反射されたリサイクル光は、反射板１４によって反射されて、再び第１の反射素子６に戻る。この図５においても、１次光の代表的光線を実線で示し、リサイクルの経路を破線で示している。
【００５３】
〔第１の反射素子について〕
第１の反射素子は、必ずしも第１の反射素子として特別の素子を付加しなければならないものではない。すなわち、本来は別の目的で不要光を反射するために存在する素子を、第１の反射素子として使用することができる。この第１の反射素子となり得る素子としては、反射型偏光板、偏光ビームスプリッタ、遮光層、反射型変調素子の反射層、反射型カラーフィルタ等が挙げられる。具体的な配置については、後述する。
【００５４】
〔リサイクル効率を改善するための要件〕
照明光についてのリサイクル効率を改善するための要件としては、下記の４つの要件が挙げられる。
（１）第１の反射素子とインテグレータが光学的共役点の関係であること。
（２）照明装置を構成する部材の表面反射が極力少ないこと。
（３）戻り光を効率良く反射する構造が備わっていること。
（４）変調素子のエテンデュー（Etendue）がリサイクルの過程で増大する光源のエテンデュー（Etendue）を許容する大きさであること。
【００５５】
第１の要件については、前述した通りである。
【００５６】
第２の要件を満たすためには、各光学部品に反射防止膜を施すとともに、一体化できる部品については一体化することによって反射面を少なくすることが必要である。例えば、放電バルブを構成するガラス表面にも反射防止膜が施されていることが望ましい。また、図２において、Ｐ−Ｓ変換素子、コンデンサレンズ１０及びフライアイインテグレータの第２のフライアイレンズ面９は、光学的に密着させる。
【００５７】
第３の要件に関しては、後述する。
【００５８】
第４の要件である「変調素子のエテンデュー（Etendue）」は、変調素子に照明される照明面積と照明光の立体角の積で表される。これに対して、「光源のエテンデュー（Etendue）」は、発光面積と出射光の放射立体角の積で表される。例えば、放物面鏡と放電バルブからなる光源においては、「光源のエテンデュー」は、放物面鏡の開口部の面積とその位置における出射光の放射立体角との積である。不要光を光源側に戻し、これを再度変調素子側に反射する過程において、光源のエテンデュー（Etendue）は増大することとなる。変調素子のエテンデュー（Etendue）が光源のエテンデューに比較して相対的に小さい場合には、リサイクル光は、目的とする照明範囲より大きな範囲を照明することとなり、リサイクル効率が低下する。
【００５９】
〔リサイクル効率を改善する光源の構成（１）〕
前述したように、リサイクル光は、光源が放物面鏡を備える場合において、この放物面鏡の開口部に不要光が戻った時点において、１次光と同じ位置、角度には完全には一致しない。また、リサイクル光は、製造上における光学素子の位置合わせにズレがある場合にも、光源の発光点に戻らなくなる。この点を改善した構造としては、図６に示すように、放物面鏡７を備えた光源において、この放物面鏡７の開口端に設けられた保護ガラス（フェースプレート）１３の表面１３ｂ若しくは裏面１３ａに、第２の反射素子となる反射板１４ａ，１４ｂを付加することが考えられる。この反射板１４ａ，１４ｂは、保護ガラス１３の中央部及び周辺部に位置しており、保護ガラス１３にアルミ、銀等の金属材料からなる薄膜や誘電体多層膜を形成することによって設けてもよく、また、保護ガラス１３とは別体の基板を有する反射板を反射板１３に近接させて配置することによって設けてもよい。
【００６０】
なお、発光点はガラスチューブからなるバルブ１２中にあり、ガラスチューブの表面には、反射防止膜１５が形成されている。
【００６１】
すなわち、一般的には、放物面鏡７とバルブ１２とからなる光源において、放物面鏡７の開口端の全領域が光源として有効なのではなく、図７に示すように、バルブ１２の正面である中央部と、周辺部とは、放物面鏡７によって反射された照明光が透過しない無効な領域となる。そこで、このような無効な領域に、反射板１４ａ，１４ｂを形成する。
【００６２】
そして、反射板１４ａ，１４ｂは、なるべく光源の発光点に近い位置に形成されていることが望ましい。なぜなら、図７に示すように、反射板１４ａ，１４ｂが発光点から離れていると、リサイクル光のうち、バルブ１２のガラスチューブによって遮光される光束の比率が増えてしまうからである。そこで、図８に示すように、反射板１４ａ，１４ｂは、保護ガラス１３の裏面１３ａに形成することによって発光点に近づけたほうが、保護ガラス１３の表面１３ｂに形成するよりも望ましい。また、反射板１４ａ，１４ｂの位置は、放物面鏡７の有効範囲に近いほうが望ましいといえる。反射板１４ａ，１４ｂが放物面鏡７の有効範囲から遠くなると、不要な１次光（発光点から直接発光された光）を充分に遮光できず、かつ、光源側に戻すべき反射光を反射してしまう比率が高くなるからである。
【００６３】
また、保護ガラス１３の周囲部の反射板１４ｂは、図９に示すように、光軸に対して適度に傾斜させておいてもよい。すなわち、この場合、反射板１４ｂは、円錐面、または、球面の一部である形状となる。反射板１４ｂを傾斜させない場合には、この反射板１４ｂにより反射された光束は、第１のフライアイレンズ面８において、半径方向に大きく拡がった範囲に達する。反射板１４ｂを傾斜させることにより、第１のフライアイレンズ面８において、この反射板１４ｂにより反射された光束が拡がらないようにすることができる。なお、反射板１４ｂの傾斜角は、放物面鏡７の焦点距離と発光点の大きさとの関係によって決まる。
【００６４】
〔リサイクル効率を改善する光源の構成（２）〕
光源を、図１０に示すように、バルブ１２と、上述の放物面鏡に代えて回転楕円面形状の楕円鏡１６と、保護ガラス１３とを用いて構成した場合にも、放物面鏡を用いた光源の場合と同様に、反射板１４ａ，１４ｂを、保護ガラス１３上であって１次光が透過しない無効な領域に形成する。すなわち、反射板１４ａ，１４ｂは、保護ガラス１３の中央部及び周辺部に形成する。
【００６５】
但し、楕円鏡１６においては、放物面鏡と違って、保護ガラス１３上に単に反射板１４ａ，１４ｂを形成しただけでは有効ではない。すなわち、この光源においては、発光点が楕円鏡１６の第１の焦点上に置かれているので、この発光点から発せられた光（１次光）は、楕円鏡１６の第２の焦点上に結像する。そのため、リサイクル光を有効にするためには、反射板により反射された光束を、楕円鏡１６の第２の焦点に結像させる必要がある。そのため、反射板１４ａ，１４ｂの近傍に、集光レンズ１７ａ，１７ｂを配置する。これら集光レンズ１７ａ，１７ｂは、反射板１４ａ，１４ｂに対応して保護ガラス１３の中央部及び周辺部に配置される円形及び円環状のレンズであって、焦点位置を楕円鏡１６の第２の焦点に一致させるようになされている。集光レンズ１７ａ，１７ｂによって楕円鏡１６の第２の焦点を経たリサイクル光は、上述したように、第１の反射素子においてテレセントリックとなる。したがって、第１の反射素子により反射されたリサイクル光は、楕円鏡１６の第２の焦点に戻り、その後、有効な光束となる。
【００６６】
〔リサイクル効率を改善する光源の構成（３）〕
光源は、図１１に示すように、放物面鏡７を備えたバルブ１２、１／４波長板１８、及び、反射型円偏光板１９を備えた構成とすることができる。前述したように、放物面鏡７による反射における位相変化は、１８０°とは限らず、また、入射角度や波長によっても変化する。そこで、この光源においては、１／４波長板１８及び反射型円偏光板１９の作用により、放物面鏡７の入射面に対して、Ｐ偏光若しくはＳ偏光に揃えるようにしている。１／４波長板１８は、図１２に示すように、放物面鏡７の中心軸を対称軸として、放射線状に複数（偶数個）の領域１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ａ´，１８ｂ´，１８ｃ´，１８ｄ´に分割されている。これら各領域の遅相軸は、各領域における中心部と放物面鏡７の中心軸とを結ぶ直線に対して、４５°をなす方向となっており、かつ、放物面鏡７の中心軸を介して対称となる位置関係の領域の遅相軸に対して、直交する方向となっている。なお、１／４波長板１８とバルブ１２の保護ガラス１３の間には、図示しない紫外線、赤外線カットフィルタが形成されている。
【００６７】
反射型円偏光板１９としては、コレステリック液晶ポリマ円偏光板を使用することができる。また、１／４波長板１８は、広帯域の波長域で機能するものが望ましい。なお、空気界面には、反射防止膜が形成されている。
【００６８】
バルブ１２から出射された光は、１／４波長板１８を通過することにより直線偏光に変化され、反射型円偏光板１９に至る。このとき、この光の偏光軸は、反射型円偏光板１９の入射面に対してＰ偏光若しくはＳ偏光となる。そして、この反射型円偏光板１９においては、一方の方向の偏光が光源側に反射される。
【００６９】
反射型円偏光板１９により反射された光は、１／４波長板１８を経て、放物面鏡７において２回反射されて、再び１／４波長板１８に至る。このとき、この光は、反射型円偏光板１９により反射されたときに透過した１／４波長板１８の領域（例えば１８ａ）に対して、放物面鏡７の中心軸を介して対称となっいる領域（例えば１８ａ´）に至る。そして、この光は、すでに１／４波長板１８及び反射型円偏光板１９を経ているため、Ｐ偏光若しくはＳ偏光に揃っており、位相差を発生していない。したがって、遅相軸が直交する方位となっている１／４波長板１８の領域を通過することにより、反射型円偏光板１９への始めの入射時とは逆方向の円偏光となり、この反射型円偏光板１９を通過する。このようにして、この光源においては、偏光の変換が行われる。
【００７０】
なお、図１１においては、１／４波長板１８及び反射型円偏光板１９は、放物面鏡７に一体化された保護ガラス１３に一体化された構成としているが、この保護ガラス１３に対して別体とした構造としてもよい。
【００７１】
但し、１／４波長板１８は、放物面鏡７にできるだけ近い位置に配置されることが望ましい。なぜなら、１／４波長板１８が放物面鏡７から離れた位置に配置されると、光軸に対して傾き角度が大きい光束が放物面鏡７における２回の反射を受けて再び１／４波長板１８に達したとき、対称関係にある１／４波長板１８の領域を通過しなくなる可能性が大きくなるからである。
【００７２】
また、反射型円偏光板１９の位置が放物面鏡７から離れるにしたがい、この反射型円偏光板１９による反射光は、周縁部の反射板１４ｂに達する可能性が大きくなる。この場合、この光は、１／４波長板１８を通過せずに、円偏光として反射板１４ｂに達する。この光は、反射板１４ｂに反射されるときに位相が１８０°変化して逆の円偏光となり、反射型円偏光板１９を通過する。この場合には、放物面鏡７による反射やバルブ１２の影響を受けないため、照明光の効率が改善する場合がある。
【００７３】
なお、上述したような１／４波長板と円偏光板との組合わせではなく、二分の一（１／２）波長板と反射型直線偏光板との組合わせでも、同様の作用を発揮する光源を構成することが可能である。
【００７４】
〔リサイクル効率を改善する光源の構成（４）〕
光源は、図１３に示すように、楕円鏡１６を備えたバルブ１２、１／４波長板１８、リレーレンズ２０、フィールドレンズ２１及び反射型円偏光板１９を備えて構成されたものとしてもよい。
【００７５】
図１４に示すように、放物面鏡７を備えた光源の場合、放物面鏡７の焦点位置から外れた光束は、反射型円偏光板１９において反射されて、再びバルブ１２に進入したとき、このバルブ１２の電極等の遮蔽物に遮光される可能性がある。そこで、この楕円鏡１６を備えた光源においては、図１５に示すように、バルブ１２の発光点を楕円鏡１６の第１の焦点位置に配置し、この楕円鏡１６の第２焦点位置にリレーレンズ２０を配置するとともに、楕円鏡１６における反射位置とリレーレンズ２０についての概ね共役点に、反射型円偏光板１９を配置することとしている。そして、反射型円偏光板１９への入射光については、フィールドレンズ２１によって、テレセントリックな状態を設定している。
【００７６】
反射型円偏光板１９により反射された光束は、楕円鏡１６によって１次光が反射された位置と同じ位置に戻る。そして、ここで楕円鏡１６に反射された光束は、楕円鏡１６の第１の焦点を中心として発光点と対称である位置に戻る。つまり、この光束は、バルブ１２の放電電極等に遮光される比率が少ない。
【００７７】
１／４波長板１８は、上述した〔光源構造（３）〕におけると同様に、図１２に示すように、遅相軸方位の異なる複数の領域に放射状に分割されており、図１３に示すように、保護ガラス１３の近傍に配置されている。この１／４波長板１８は、反射型円偏光板１９とフィールドレンズ２１との間に配置しても、同様の効果を得ることができる。
【００７８】
この１／４波長板１８は、広帯域の波長域で機能するものが望ましい。また、１／４波長板１８と放電ランプの保護ガラス１３との間には、図示しない紫外線、赤外線カットフィルタが形成されている。
【００７９】
反射型円偏光板１９としては、コレステリック液晶ポリマ円偏光板を使用することができる。なお、空気界面には、反射防止膜２３が形成されている。
【００８０】
バルブ１２から出射された光は、１／４波長板１８を通過することにより直線偏光に変化され、反射型円偏光板１９に至る。このとき、この光の偏光軸は、反射型円偏光板１９の入射面に対してＰ偏光若しくはＳ偏光となる。そして、この反射型円偏光板１９においては、一方の方向の偏光が光源側に反射される。
【００８１】
反射型円偏光板１９により反射された光は、１／４波長板１８を経て、楕円鏡１６において２回反射されて、再び１／４波長板１８に至る。このとき、この光は、反射型円偏光板１９により反射されたときに透過した１／４波長板１８の領域（例えば１８ａ）に対して、楕円鏡１６の中心軸を介して対称となっいる領域（例えば１８ａ´）に至る。そして、この光は、すでに１／４波長板１８及び反射型円偏光板１９を経ているため、Ｐ偏光若しくはＳ偏光に揃っており、位相差を発生していない。したがって、遅相軸が直交する方位となっている１／４波長板１８の領域を通過することにより、反射型円偏光板１９への始めの入射時とは逆方向の円偏光となり、この反射型円偏光板１９を通過する。このようにして、この光源においては、偏光の変換が行われる。
【００８２】
なお、上述したような１／４波長板と円偏光板との組合わせではなく、二分の一（１／２）波長板と反射型直線偏光板との組合わせでも、同様の作用を発揮する光源を構成することが可能である。
【００８３】
〔リサイクル効率を改善する照明装置の構成（１）〕
本発明に係る画像表示装置の照明装置は、図１６に示すように、上述した構成の光源２４と、フライアイインテグレータ２と、コンデンサレンズ１０、フィールドレンズ１１及び第１の反射素子６を備えて構成される。この照明装置において、フライアイインテグレータ２の第２のフライアイレンズ面９の各分割エレメントは、対応する第１のフライアイレンズ面８の分割エレメントに対する絞りとなっている。つまり、対応する第２のフライアイレンズ面９の分割エレメントを通過する光束は、全て被照明物上に結像する。しかしながら、実際には、絞りの全域を利用しているわけではなく、図１７に示すように、照度の低くなっている無効領域が存在する。この照明装置においては、第２のフライアイレンズ面９における無効領域を有効に利用するものである。
【００８４】
すなわち、この照明装置においては、フライアイインテグレータ２の第２のフライアイレンズ面９とコンデンサレンズ１０との間に、第２の反射素子となる反射板１４が配置されている。なお、この反射板１４は、上述のように、Ｐ−Ｓ変換素子が存在する場合においては、フラアイインテグレータ２の第２のフライアイレンズ面９とＰ−Ｓ変換素子との間に配置される。
【００８５】
この反射板１４は、光源からの１次光を妨げない範囲に存在するようになされている。すなわち、反射板１４は、図１７に示したフライアイインテグレータ２の第２のフライアイレンズ面９における照度分布に対応した構造の開口パターンを有し、あるいは、ストライプ構造を有して形成されている。
【００８６】
この照明装置においては、第１の反射素子６により反射されたリサイクル光を、反射板１４の開口部以外の領域に戻すことにより、再び被照明物に戻すことができ、リサイクル光を効率よく利用することができる。
【００８７】
そして、反射板１４がコンデンサレンズ１０の光源側に配置されていることにより、リサイクル光について、コンデンサレンズ１０及びフィールドレンズ１１によってリレーコンデンサ系の照明系が構成されていることになる。ここで、コンデンサレンズ１０は、リレーレンズの機能を果たしている。また、この光学系は、第１の反射素子６及び反射板１４について、テレセントリックな光学系、すなわち、主光線が光軸に平行な光学系となっている。
【００８８】
反射板１４によって反射されたリサイクル光が、再び第１の反射素子６によって反射された場合には、この光は、１次光が辿った光路を逆に辿って光源２４側に戻る。この過程が繰り返されることにより、照明光のリサイクルが達成される。
【００８９】
そして、第１の反射素子６は、光軸に対して傾斜されている。この第１の反射素子６の傾斜方向については、水平方向と垂直方向との２通りが考えられる。第１の反射素子６を水平方向に傾斜した場合のフライアイインテグレータ２の第２のフライアイレンズ面９におけるリサイクル光の照度分布は、図１８において破線で示すように、反射板１４における開口パターンに対して横方向にずれた位置に明部が現れる状態となる。そして、第１の反射素子６を垂直方向に傾斜した場合のフライアイインテグレータ２の第２のフライアイレンズ面９におけるリサイクル光の照度分布は、図１９において破線で示すように、反射板１４における開口パターンに対して縦方向にずれた位置に明部が現れる状態となる。
【００９０】
このようにして反射板１４に戻る光の一部は、フライアイインテグレータ２の第２のフライアイレンズ面９の外形寸法の外側にはみ出すことになるが、コンデンサレンズ１０の外径を大きくしておけば、反射板１４に戻る光を全て取り込むことができる。また、反射板１４に戻る光のうち、図１８及び図１９において実線で示す開口パターンに重なっている部分については、開口パターンを通過して光源２４に戻るため、再び照明光として使用されることとなり、ロスにはならない。
【００９１】
また、第１の反射素子６は、光軸に対して傾けるのではなく、コンデンサレンズ１１とともに、光軸に対して、所定量だけ平行にずらすようにしてもよい。ここで、コンデンサレンズ１１以降の光学系を光軸に対してずらす所定量とは、フライアイレンズエレメントのピッチの１／４程度である。
【００９２】
なお、反射板１４の表面は、照明光のリサイクル効率の点では、平坦性が良いことが望ましい。但し、第１の反射素子６により反射されたリサイクル光は、反射板１４の開口パターンに対して反転したパターンとして、この反射板１４に戻る。したがって、リサイクル光による照明に対して均一性を求める場合においては、反射板１４の表面は、適当な散乱面としておいてもよい。
【００９３】
さらに、この照明装置は、図２０に示すように、２群のフライアイインテグレータ２，２５を備えて構成されたものとするたとができる。この場合には、リサイクル光の均一性を向上させることができる。
【００９４】
すなわち、第１のフライアイインテグレータ２は、被照明物と概ね相似形のエレメントからなる。そして、第１のフライアイインテグレータ２と光源２４との間に配置される第２のフライアイインテグレータ２５は、第１のフライアイインテグレータ２と異なる形状であっても構わない。
【００９５】
第２のフライアイインテグレータ２５は、リレーコンデンサ照明系を構成しており、その絞り位置近傍の１次光を妨げない範囲に、第２の反射素子である反射板１４が配置されている。
【００９６】
また、コンデンサレンズ１０以降（コンデンサレンズ１０及び第１の反射素子６）の光軸は、第１のフライアイインテグレータ２のエレメントピッチの１／４程度、他の光学系の光軸に対して平行にずらしてある。また、第１のフライアイインテグレータ２と第２のフライアイインテグレータ２５のエレメントピッチは、互いに異なるように設定されている。
【００９７】
この照明装置において、第１の反射素子６によって反射されたリサイクル光は、第１のフライアイインテグレータ２の第１のフライアイレンズ面８の各エレメントに反射光のパターンを結像させる。このリサイクル光は、第２のフライアイインテグレータ２５のエレメントピッチが第１のフライアイインテグレータ２のエレメントピッチと異なるため、反射板１４に達し、この反射板１４で反射され、再度、第１のフライアイインテグレータ１の第１のフライアイレンズ面８に達したときに、始めにこの第１のフライアイレンズ面８に戻ったときとは異なるパターンを形成する。したがって、このリサイクル光は、第１のフライアイインテグレータ２を通過し、第１の反射素子６に達し、このときに、強度が均一化された状態となっいる。
【００９８】
〔リサイクル効率を改善する照明装置の構成（２）〕
また、この照明装置は、図２１に示すように、コンデンサレンズ１０以降の光学系（コンデンサレンズ１０、フィールドレンズ１１及び第１の反射素子６）の光軸を、光源２４の光軸に対して平行にずらして構成してもよい。フライアイインテグレータ２は、光源２４とコンデンサレンズ１０との間に、これら光源２４及びコンデンサレンズ１０以降の光学系の双方に対応する範囲に配置する。そして、反射板１４は、フライアイインテグレータ２の光源２４側に、コンデンサレンズ１０以降の光学系の光軸を介して光源２４に対して対称となる位置に配置されている。
【００９９】
この照明装置においては、光源２４より第１の反射素子６に達した一次光は、その一部がリサイクル光としてフライアイインテグレータ２の光源２４側に配置された反射板１４に達し、フライアイインテグレータ２によって均一化された状態で、被照明物を効率良く照明する。
【０１００】
そして、このリサイクル光は、再び第１の反射素子６において反射された場合には、１次光が辿った光路を逆に辿って光源２４に戻る。この過程が繰り返されることにより、照明光のリサイクルが達成される。
〔リサイクル効率を改善する照明装置の構成（３）〕
また、この照明装置は、図２２に示すように、ロッドインテグレータ２６を使って構成することもできる。ロッドインテグレータ２６は、透明材料からなる角柱状の光学素子であり、一端部より光束が入射され、他端部より出射する。この照明装置は、楕円鏡１６を有する光源２７と、ロッドインテグレータ２６と、これら光源２７及びロッドインテグレータ２６間に、リレーコンデンサ光学系を配置して構成されている。リレーコンデンサ光学系は、コンデンサレンズ２８及びリレーレンズ２９からなり、楕円鏡１６の第２の焦点位置にコンデンサレンズ２８が配置され、このコンデンサレンズ２８の焦点位置にリレーレンズ２９が配置されている。
【０１０１】
ロッドインテグレータ２６の光源２７からの光束が入射される一端部の近傍には、開口を設けた反射板１４が配置されている。この反射板１４は、図２３中の（ａ）及び（ｂ）に示すように、例えば、ロッドインテグレータ２６の光源２７側の端面に形成することができる。
【０１０２】
そして、ロッドインテグレータ２６の光束入射端側には、リレーレンズ系３０，２０、フィールドレンズ２１及び第１の反射素子６が配置されている。
【０１０３】
第１の反射素子６により反射されたリサイクル光は、ロッドインテグレータ２６の光束入射端に戻ったときに、このロッドインテグレータ２６によって照度を均一化されている。そのため、反射板１４の開口部以外の部分に戻ったリサイクル光は、この反射板１４によって反射される。反射板１４で反射された光束は、１次光と同様に、ロッドインテグレータ２６によって均一化された状態で、被照明物を効率良く照明する。開口部を通過したリサイクル光は、光源２７に戻る。この過程が繰り返されることにより、照明光のリサイクルが達成される。
【０１０４】
なお、光源としては、放物面鏡を有するものを使用してもよい。
【０１０５】
〔リサイクル効率を改善する照明装置の構成（４）〕
また、この照明装置は、図２４に示すように、光学系の一部の光軸を他の光学系の光軸に対して平行にずらして構成することもできる。この照明装置は、図２２によって前述した照明装置におけるリレーレンズ２０とフィールドレンズ２１との間に、さらに、コンデンサレンズ１０を追加するとともに、このコンデンサレンズ１０以降の光学系の光軸を、光源２７からリレーレンズ２０までの光学系の光軸に対して平行にずらして構成されている。そして、コンデンサレンズ１０の光源側には、リレーレンズ２０までの光学系の光軸に対してコンデンサレンズ１０以降の光学系の光軸を中心として対称な位置に、反射板１４ｃが配置されている。
【０１０６】
この正面装置において、第１の反射素子６によって反射されたリサイクル光は、反射板１４ｃに達し、この反射板１４ｃにより反射されて、コンデンサレンズ１０及びフィールドレンズ２１を経て再び第１の反射素子６に達する。ここで、再度第１の反射素子６によって反射されたリサイクル光は、ロッドインテグレータ２６に戻る。このリサイクル光は、ロッドインテグレータ２６の光源側の端部に戻ったときに、このロッドインテグレータ２６によって照度を均一化されている。そのため、反射板１４の開口部以外の部分に戻ったリサイクル光は、この反射板１４によって反射される。反射板１４で反射された光束は、１次光と同様に、ロッドインテグレータ２６によって均一化された状態で、被照明物を効率良く照明する。開口部を通過したリサイクル光は、光源２７に戻る。この過程が繰り返されることにより、照明光のリサイクルが達成される。
【０１０７】
〔偏光変換機能を備えた画像表示装置の構成（１）〕
本発明に係る画像表示装置は、図２５中の（ａ）に示すように、上述した構成の光源２４を有している。この光源は、バルブ１２及び放物面鏡７からなる。そして、この画像表示装置は、第１の反射素子として、反射型偏光板６を備えており、偏光変換機能を有している。
【０１０８】
すなわち、この画像表示装置は、光源２４、フライアイインテグレータ２、反射板１４、コンデンサレンズ１０、フィールドレンズ２１、反射型偏光板６及び変調素子３１が順次所定の間隔で配置されて構成されている。反射型偏光板６は、光軸に対して傾けられて配置されている。この反射型偏光板６の傾斜角は、上述のように、この反射型偏光板６によって反射されたリサイクル光が反射板１４に戻ったときに、開口パターンからずれた無効部分に主に達する程度となっている。
【０１０９】
この反射型偏光板６としては、コレステリック液晶ポリマ円偏光板を使用することができる。また、コレステリック液晶ポリマが形成してある基板の空気界面に反射防止膜を形成することにより、図２６に示すように、偏光分離特性を改善することができる。この図２６においては、コレステリック液晶の選択反射範囲は、４２０ｎｍ乃至６９０ｎｍに設定してあり、（Ａ）は、反射防止膜が形成されている場合の左回り円偏光の分光透過率を示し、（Ｂ）は、反射防止膜が形成されている場合の右回り円偏光の分光透過率を示し、（Ｃ）は、反射防止膜が形成されていない場合の左回り円偏光の分光透過率を示し、（Ｄ）は、反射防止膜が形成されていない場合の右回り円偏光の分光透過率を示す。
【０１１０】
光源２４から出射された照明光は、フライアイインテグレータ２、反射板１４の開口パターン、コンデンサレンズ１０及びフィールドレンズ１１を経て反射型偏光板６に至り、図２５中の（ｂ）に示すように、この反射型偏光板６において、一方の円偏光が透過し、他方の円偏光が反射される。反射された円偏光は、反射板１４に戻ってこの反射板１４により反射されることで、逆回りの円偏光となり、再度反射型偏光板６に達して、この反射型偏光板６を通過する。このようにして反射型偏光板６を透過した光は、変調素子３１に至り、この変調素子３１によって、表示画像に応じた空間変調を施される。
【０１１１】
なお、変調素子３１に直線偏光を入射させる必要がある場合には、反射型偏光板６と変調素子３１との間に、１／４波長板を配置すればよい。さらに、吸収型の偏光板を付加することで、不要な偏光を遮断することができる。
【０１１２】
また、反射型偏光板としては、反射型直線偏光板を使用してもよい。この場合には、反射板１４上、あるいは、反射型直線偏光板の光源側に、１／４波長板を配置するようにする。
【０１１３】
〔偏光変換機能を備えた画像表示装置の構成（２）〕
この画像表示装置は、図２７に示すように、バルブ１２及び放物面鏡７からなる光源２４、１／４波長板１８、フライアイインテグレータ２、反射型偏光板６、コンデンサレンズ１０、フィールドレンズ１１及び変調素子３１を順次所定の間隔で配置して構成してもよい。
【０１１４】
この画像表示装置においては、反射型偏光板６として、コレステリック液晶ポリマ円偏光板を使用することができる。また、１／４波長板１８は、図１２に示すように、放物面鏡７の中心軸を対称軸として、放射線状に複数（偶数個）の領域１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ａ´，１８ｂ´，１８ｃ´，１８ｄ´に分割され、各領域の遅相軸が各領域における中心部と放物面鏡７の中心軸とを結ぶ直線に対して、４５°をなす方向となされ、かつ、放物面鏡７の中心軸を介して対称となる位置関係の領域の遅相軸に直交する方向となされたものである。
【０１１５】
光源２４から出射された光は、１／４波長板１８を経て、反射型偏光板６に至る。この光は、反射型偏光板６において、一方の円偏光成分が透過され、他方の円偏光成分が光源２４側に反射される。フライアイインテグレータ２の第２のフライアイレンズ面と光源２４の発光部（バルブ１２）とは共役の関係にあるため、反射型偏光板６において反射された光は、発光部（バルブ１２）に戻る。このようにして光源側に戻る光は、１／４波長板１８を透過することにより直線偏光に変換されて、放物面鏡７に達する。
【０１１６】
ここで、１／４波長板１８における遅相軸の方向は、各領域における中心部と放物面鏡７の中心軸とを結ぶ直線、すなわち、放物面鏡７の入射面に対して４５°の方位に設定されている。そのため、反射型偏光板６から戻ってこの１／４波長板１８を透過した後の直線偏光軸は、放物面鏡７の入射面に対してＰ偏光若しくはＳ偏光となっている。この光は、位相変化を起こすことなく放物面鏡７において２回反射され、再び１／４波長板１８を透過する。
【０１１７】
このようにして、１／４波長板１８を計３回透過した光は、反射型偏光板６を透過する方向の円偏光となる。このようにして、反射型偏光板６により反射された光のリサイクルが達成され、この反射型偏光板６を透過した後の偏光変換された光の効率が向上する。
【０１１８】
〔偏光変換機能を備えた画像表示装置の構成（３）〕
また、この画像表示装置は、図２８中の（ａ）に示すように、楕円鏡１６を備えた光源２７、リレーレンズ２８、フィールドレンズ２９、開口部を有する反射板１４、ロッドインテグレータ２６、コンデンサレンズ３０、リレーレンズ２０、反射板１４ｃ、コンデンサレンズ１０、フィールドレンズ２１、反射型偏光板６からなる照明装置に、変調素子３１を加えることによって構成される。コンデンサレンズ１０以降の光学系の光軸は、光源２７からリレーレンズ２０までの光学系の光軸に対して、平行にずれて配置されている。この画像表示装置においては、照明装置２７と反射型偏光板６とにより、偏光変換機能が達成される。上述した実施の形態と同様に、反射型偏光板６としては、コレステリック液晶ポリマ円偏光板を使用する。
【０１１９】
光源２７から出射された照明光は、リレーレンズ２８、フィールドレンズ２９、ロッドインテグレータ２６、コンデンサレンズ３０、リレーレンズ２０、コンデンサレンズ１０及びフィールドレンズ２１を経て反射型偏光板６に至り、図２８中の（ｂ）に示すように、この反射型偏光板６において、一方の円偏光が透過し、他方の円偏光が反射される。反射された円偏光は、反射板１４ｃに至り、この反射板１４ｃで反射されることにより、逆回りの円偏光となる。この光は、再度、反射型偏光板６に達し、この反射型偏光板６を透過する。このようにして反射型偏光板６を透過した光は、変調素子３１に至り、この変調素子３１によって、表示画像に応じた空間変調を施される。
【０１２０】
なお、変調素子３１に直線偏光を入射させる必要がある場合には、反射型偏光板６と変調素子３１との間に、１／４波長板を配置すればよい。さらに、吸収型の偏光板を付加することで、不要な偏光を遮断することができる。
【０１２１】
また、反射型偏光板としては、反射型直線偏光板を使用してもよい。この場合には、反射板１４上、あるいは、反射型直線偏光板の光源側に、１／４波長板を配置するようにする。
【０１２２】
〔偏光変換機能を備えた画像表示装置の構成（４）〕
この画像表示装置は、図２９中の（ａ）、図３０中の（ａ）及び図３１に示すように、楕円鏡１６を備えた光源２７、リレーレンズ２８、フィールドレンズ２９、開口部を有する反射板１４、ロッドインテグレータ２６、コンデンサレンズ３０、リレーレンズ２０、反射板１４ｃ、コンデンサレンズ１０、フィールドレンズ２１を備え、さらに、偏光ビームスプリッタ３２を介して、変調素子３１を配置して構成してもよい。コンデンサレンズ１０以降の光学系の光軸は、光源２７からリレーレンズ２０までの光学系の光軸に対して、平行にずらされている。また、コンデンサレンズ１０と反射板１４ｃとの間には、１／４波長板３４が配置してある。そして、この画像表示装置においては、偏光ビームスプリッタ３２によって、偏光変換機能が達成される。
【０１２３】
すなわち、図２９中の（ａ）に示すように、フィールドレンズ２１より偏光ビームスプリッタ３２を通過した位置に反射板３３を配置し、この偏光ビームスプリッタ３２の側面に変調素子３１を配置する。これら反射板３３及び変調素子３１は、偏光ビームスプリッタ３２内の反射面を介して、互いにフィールドレンズ２１からの光路長が等しくなされて配置されている。
【０１２４】
この画像表示装置においては、光源２７よりの出射光は、照明光学系を経て偏光ビームスプリッタ３２に達する。この照明光は、図２９中の（ｂ）に示すように、この偏光ビームスプリッタ３２において、この偏光ビームスプリッタ３２の反射面に対するＳ偏光は、反射面により反射されて変調素子３１に到達し、Ｐ偏光は、反射面を透過して反射板３３に到達しこの反射板３３により反射される。この反射板３３により反射されたリサイクル光は、光路を逆に辿って１／４波長板３４を経て反射板１４ｃにより反射され、再び１／４波長板３４を透過することによりＳ偏光に変換されて、再度偏光ビームスプリッタ３２に至る。このとき、リサイクル光は、偏光ビームスプリッタ３２の反射面に対するＳ偏光となっているので、反射面により反射されて変調素子３１を照明する。
【０１２５】
なお、コンデンサレンズ１０以降の光学系の光軸をずらす方向は、図２９中の（ｃ）に示すように、光軸の移動によってフィールドレンズ２１と偏光ビームスプリッタ３２の反射面との距離が変化しない方向であることが望ましい。光軸の移動に相当する光束の入射角度の広がりを許容するためである。また、この構成においては、後述するピーク輝度を改善する効果もある。
【０１２６】
そして、１つのビームスプリッタによっては目的とする消光比が得られない場合には、図３０中の（ａ）及び（ｂ）に示すように、補助的に偏光ビームスプリッタを追加した構成とすることができる。すなわち、この画像表示装置においては、フィールドレンズ２１より、２個の偏光ビームスプリッタ３５，３２を通過した位置に反射板３３を配置し、２個めの偏光ビームスプリッタ３２の側面に変調素子３１を配置する。また、１個めの偏光ビームスプリッタ３５の側面には、光路長調整ブロック３６を介して、反射板３７が配置されている。これら反射板３３、変調素子３１及び反射板３７は、各偏光ビームスプリッタ３５，３２内の反射面を介して、互いにフィールドレンズ２１からの光路長が等しくなされて配置されている。そして、２個の偏光ビームスプリッタ３５，３２は、反射面において光束を反射させたときの反射光の方向が直交する位置関係となされている。
【０１２７】
この画像表示装置においては、図２９中の（ａ）に示した画像表示装置と同様に、リサイクル光を変調素子３１に戻すことができるが、偏光ビームスプリッタが２個重ねられていることにより、より高い消光比を得ることができる。
【０１２８】
さらに、変調素子として、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の三原色に対応した３枚の変調素子を使用する場合においては、図３１に示すように、フィールドレンズ２１より、偏光ビームスプリッタ３２及び光路長調整ブロック３６を通過した位置に反射板３３を配置し、偏光ビームスプリッタ３２の側面に色分離プリズム３７，３８，３９を介して、各色用の変調素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃを配置する。これら反射板３３及び各変調素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、偏光ビームスプリッタ３２内の反射面を介して、光路長調整ブロック３６及び色分離プリズム３７，３８，３９を透して、互いにフィールドレンズ２１からの光路長が等しくなされて配置されている。
【０１２９】
この画像表示装置においては、照明光が色分離プリズム３７，３８，３９によってＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の三原色に分離され、各変調素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃが表示画像のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各色成分に応じた変調を行い、これら変調素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃを経た光束が再び合成されることによって、画像表示が行われる。
【０１３０】
なお、図３１においては、コンデンサレンズ１０以降の光学系の光軸のずれの方向が紙面と垂直な方向となっているために、図においては光軸のずれが表示されていないが、光源２７からフィールドレンズ２１までの光学系の構成は、図２９中の（ａ）及び図３０中の（ａ）に示しているものと同様である。
【０１３１】
〔反射型カラーフィルタを備えた画像表示装置の構成〕
そして、本発明に係る画像表示装置は、図３２中の（ａ）及び図３３に示すように、Ｐ−Ｓ変換素子４０を備え、変調素子３１において、干渉フィルタからなるカラーフィルタ層が各画素に対応して配置されているものとして構成することもできる。この画像表示装置は、放物面鏡７を備えた光源２４、フライアイインテグレータ２、開口パターンを有する反射板１４、Ｐ−Ｓ変換素子４０、コンデンサレンズ１０、フィールドレンズ１１及び変調素子３１が順次配列されて構成されている。なお、図３２中の（ａ）は、水平方向の断面図であり、図３３は、垂直方向の断面図である。変調素子３１は、図３２中の（ｂ）に示すように、光軸に対して傾斜されている。
【０１３２】
Ｐ−Ｓ変換素子４０は、図４６によって前述したように、無機物質からなる多層膜で構成された偏光分離膜が表面に形成された板ガラスと反射面が表面に形成された板ガラスとを交互に貼り合わせたガラスブロックを、その貼り合わせ面に対して傾斜した切断面に沿って板状に切断して構成したものである。このＰ−Ｓ変換素子４０に、Ｐ偏光及びＳ偏光が混合した光束が入射されると、偏光分離膜においてＰ偏光とＳ偏光とが分離されるので、Ｐ偏光とＳ偏光とは、このＰ−Ｓ変換素子４０を構成する各層ごとに分離されて出射する。そして、この出射側において、Ｓ偏光、若しくは、Ｐ偏光に対応した出射部分に、λ／２板を配置しておくことにより、Ｐ偏光、若しくは、Ｓ偏光のうちいずれか一方のみの偏光成分を有する光束が得られる。
【０１３３】
変調素子３１は、図３４に示すように、透明基板４１、反射型遮光層４２及び反射型カラーフィルタ４３が順次配列された層、透明電極４４、配向層４５、液晶層４６、配向層４７、配向処理したＴＦＴ基板４８が順次積層された構造を有している。反射型カラーフィルタ４３は、干渉フィルタ等であって、所定の色光を透過させ、所定の色光以外の不要色を吸収せずに反射する機能を有している。
【０１３４】
この画像表示装置においては、反射型カラーフィルタ４３及び反射型遮光層４２が、第１の反射素子として機能する。これら反射型カラーフィルタ４３及び反射型遮光層４２は、変調素子３１とともに、光軸に対して傾斜されている。これら反射型カラーフィルタ４３及び反射型遮光層４２の傾斜方向は、Ｐ−Ｓ変換素子４０における貼り合わせ面の長手方向に垂直な方向を軸として回転させた方向となっている。
【０１３５】
この画像表示装置においては、光源２４より発せられた１次光は、反射型カラーフィルタ４３及び反射型遮光層４２において、各反射型カラーフィルタ４３を透過しない不要光が反射される。例えば、Ｒ（赤色）用のカラーフィルタにおいては、Ｂ（赤色）及びＧ（赤色）が反射されて、リサイクル光として反射板１４に戻る。他の色用のカラーフィルタにおいても同様である。このようにして反射板１４に戻り、反射板１４により反射された光束は、再び変調素子３１における光軸に対して対称な関係にある位置に達する。このとき、リサイクル光は、必ずしも不要光として反射されたときと同じ色のフィルタ位置には戻らないため、リサイクル効果が生ずる。
【０１３６】
なお、図３２中の（ａ）及び図３３においては、Ｐ−Ｓ変換素子４０として一般的な構成を有するものを使用しているが、このＰ−Ｓ変換素子４０に代えて、反射型偏光板を使用することとしてもよい。この場合においては、反射型偏光板の傾斜方向と、反射型カラーフィルタ及び反射型遮光層からなる層の傾斜方向（変調素子３１の傾斜方向）とは、直交させるようにする。また、光軸を対称軸として放射線状に複数（偶数個）の領域に分割された１／４波長板を備えた光源を使用することにより、Ｐ−Ｓ変換素子を使用することは不要となる。この場合には、Ｐ−Ｓ変換素子を使うことによるエテンデュー（Etendue）の増加がないため、反射型カラーフィルタにおける反射によるリサイクル効率が改善される。すなわち、変調素子におけるエテンデュー（Etendue）に余裕がない場合に有効である。
【０１３７】
また、変調素子を傾斜させることは、この変調素子の像をスクリーン上に結像させる図示しない投射レンズの光軸に対しても傾斜させることとなる。このような変調素子の投射レンズの光軸に対する傾斜によってスクリーン上における結像特性が劣化する場合には、投射レンズの光軸を変調素子の傾斜角に対応して傾斜させてもよい。
【０１３８】
さらに、反射型カラーフィルタとしては、コレステリック液晶ポリマ層の螺旋ピッチを各画素に対応して調整してカラーフィルタとしたものを使用してもよい。
【０１３９】
〔反射型カラーフィルタを備えた反射型変調素子用照明装置の構成〕
また、本発明に係る画像表示装置は、図３５に示すように、楕円鏡１６及び光軸を対称軸として放射線状に複数（偶数個）の領域に分割された１／４波長板１８を備えた光源２７と、中央部に開口部が形成されて円環状となされた反射板１４及び１／４波長板５０を挟み込んだリレーレンズブロック４９と、フィールドレンズ２１と、反射型円偏光板１９と、１／４波長板５１と、フライアイインテグレータ２と、コンデンサレンズ１０と、フィールドレンズ１１と、偏光ビームスプリッタ３２とを順次配列させて構成してもよい。
【０１４０】
この画像表示装置においては、フィールドレンズ１１以降の光学系の光軸が、コンデンサレンズ１０までの光学系の光軸に対して平行にずれている。そして、偏光ビームスプリッタ３２の側面には、干渉フィルタからなるカラーフィルタ層が各画素に対応して配置された反射型変調素子３１が配置されている。
【０１４１】
この画像表示装置においては、偏光ビームスプリッタ３２の反射面におけるＳ偏光によって変調素子３１を照明し、変調を受けたＰ偏光を偏光ビームスプリッタ３２を透過させて、図示しない投射レンズによって投影することとなる。
【０１４２】
この画像表示装置における変調素子３１は、図３６に示すように、基板４１、反射型カラーフィルタ４３、透明電極４４、配向層４５、液晶層４６、配向層４７、反射電極５２、アクティブマトリクス基板５３が順次積層されて構成されている。
【０１４３】
また、この変調素子３１においては、図３７に示すように、反射電極５２は、有効画素範囲に対応して形成されており、この有効画素範囲の周辺の無効領域には、反射板５４が形成されていることが望ましい。変調素子３１を照明する範囲は、一般的には、組立ての精度の余裕のために、有効画素領域より大きくなされている。そして、この照明範囲よりも反射板５４を大きくしておくことにより、表示範囲以外の無効領域に照明された照明光のリサイクルも可能となる。
【０１４４】
この画像表示装置においては、反射型カラーフィルタ４３、反射電極５２及び反射板５４が第１の反射素子として機能する。この実施の形態においては、色の利用効率を改善するとともに、ピーク輝度が改善される。
【０１４５】
この画像表示装置において、光源２７においてバルブ１２から出射された光束は、この光源２７が備える偏光変換機能により一定の方向の偏光、すなわち、偏光ビームスプリッタ３２の反射面に対するＳ偏光に揃えられて、変調素子３１を照明する。
【０１４６】
光源２７から発せられた１次光は、変調素子３１における反射型カラーフィルタ４３において、このカラーフィルタ４３を透過しない不要光が反射される。例えば、Ｒ（赤色）用のカラーフィルタにおいては、Ｂ（青色）及びＧ（緑色）が反射されてリサイクル光として反射板１４に戻る。ここで、反射板１４に達した光は、この反射板１４上の１／４波長板５０を通過することによって直線偏光となっている。そして、反射板１４で反射されたリサイクル光は、円偏光として反射型円偏光板１９を通過する。このリサイクル光は、再び反射型カラーフィルタ４３に達する。このとき、リサイクル光は、必ずしも不要光として反射されたときと同じ色のフィルタ位置には戻らないため、リサイクル効果が生ずる。
【０１４７】
同様に、変調素子３１において変調を受けない光は、反射板１４に戻され、均一化された後、変調素子３１の全体を照明する。そして、再度反射型カラーフィルタ４３に反射された光及び変調を受けない光は、反射板１４の中央部の開口を通過して、光源２７の発光点に戻る。
【０１４８】
また、光源２７より反射型円偏光板１９に達した光のうち、この反射型円偏光板１９により反射される方向の円偏光となっている光は、この反射型円偏光板１９により反射されて再び光源２７の発光点に戻る。そして、この光は、再度反射型円偏光板１９に達したときには、この反射型円偏光板１９を透過する方向の円偏光となっており、この反射型円偏光板１９を透過して１／４波長板５１を透過したときには、偏光ビームスプリッタ３２の反射面に対するＳ偏光となり、変調素子３１を照明する。この過程がを繰り返されることにより、リサイクル効果が改善される。
【０１４９】
〔リサイクル型シーケンシャルカラー画像表示装置の構成〕
そして、この画像表示装置は、図３８に示すように、放物面鏡７を有する光源２４、フライアイインテグレータ２、開口パターンを有する反射板１４、Ｐ−Ｓ変換素子４０、コンデンサレンズ１０、フィールドレンズ１１、シーケンシャルカラーシャッタ５５、反射型偏光板６及び変調素子３１を順次配置して構成することもできる。この画像表示装置において、コンデンサレンズ１０以降の光学系の光軸は、光源２４から反射板１４までの光学系の光軸に対して、平行にずれている。
【０１５０】
この画像表示装置においては、前述した実施の形態と同様に、単板によるカラー表示を実現するが、カラー表示手段として、シーケンシャルカラー表示を用いている。すなわち、シーケンシャルカラーシャッタ５５の検光子として反射型偏光板６を用いている。この照明光学系においては、各時点で画像表示に関与しない不要色を反射型偏光板６により反射させることによって反射板１４に戻し、照明光のリサイクルを可能にしている。
【０１５１】
〔ピーク輝度を改善するための照明装置の構成（１）〕
また、この画像表示装置は、図３９中の（ａ）に示すように、２群のフライアイインテグレータ２，２５を備えて構成されたものとするたとができる。この場合には、リサイクル光の均一性を向上させることができる。
【０１５２】
すなわち、この画像表示装置は、放物面鏡７を有する光源２４、フライアイインテグレータ２５、反射板１４、フライアイインテグレータ２、Ｐ−Ｓ変換素子４０、コンデンサレンズ１０、フィールドレンズ１１、偏光ビームスプリッタ３２を順次配列し、この偏光ビームスプリッタ３２の側面に変調素子（反射型液晶変調素子）３１を配置して構成されている。変調素子３１を経て偏光ビームスプリッタ３２を透過した光が、図３９中の（ｂ）に示すように、投射レンズ６７によってスクリーン６８に投射される。
【０１５３】
第１のフライアイインテグレータ２は、被照明物と概ね相似形のエレメントからなる。そして、第１のフライアイインテグレータ２と光源２４との間に配置される第２のフライアイインテグレータ２５は、第１のフライアイインテグレータ２と異なる形状であっても構わない。
【０１５４】
第２のフライアイインテグレータ２５は、リレーコンデンサ照明系を構成しており、その絞り位置近傍の１次光を妨げない範囲に、第２の反射素子である反射板１４が配置されている。
【０１５５】
また、コンデンサレンズ１０以降の光学系の光軸は、第１のフライアイインテグレータ２のエレメントピッチの１／４程度、他の光学系の光軸に対して平行にずらしてある。また、第１のフライアイインテグレータ２と第２のフライアイインテグレータ２５のエレメントピッチは、互いに異なるように設定されている。
【０１５６】
この画像表示装置において、変調素子３１を経て光源２４側に戻るリサイクル光は、第１のフライアイインテグレータ２の第１のフライアイレンズ面８の各エレメントに反射光のパターンを結像させる。このリサイクル光は、第２のフライアイインテグレータ２５のエレメントピッチが第１のフライアイインテグレータ２のエレメントピッチと異なるため、反射板１４に達し、この反射板１４で反射され、再度、第１のフライアイインテグレータ１の第１のフライアイレンズ面８に達したときに、始めにこの第１のフライアイレンズ面８に戻ったときとは異なるパターンを形成する。したがって、このリサイクル光は、第１のフライアイインテグレータ２を通過し、第１の反射素子６に達し、このときに、強度が均一化された状態となっいる。
【０１５７】
この画像表示装置においては、カラー表示を行うために、色分離合成プリズムを設けてもよく、また、上述した実施の形態と同様に、カラーフィルタを設けても良い。コンデンサレンズ１０以降の光学系の光軸をずらす方向は、光軸の移動によってフィールドレンズ２１と偏光ビームスプリッタ３２の反射面との距離が変化しない方向であることが望ましい。光軸の移動に相当する光束の入射角度の広がりを許容するためである。
【０１５８】
また、Ｐ−Ｓ変換素子４０に代えて、別の偏光変換手段を設けてもよい。例えば、図４０中の（ａ）及び（ｂ）に示すように、フィールドレンズ１１から射出されて偏光ビームスプリッタ３２を透過する光を反射する反射板３３を設けるとともに、フライアイインテグレータ２とコンデンサレンズ１０との間にも反射板１４を設けることとしてもよい。反射板３３は、光軸に対して傾斜されている。反射板３３の傾斜方向は、コンデンサレンズ１０以降の光学系の光軸のずれの方向に直交した方向となっている。
【０１５９】
また、光軸を対称軸として放射線状に複数（偶数個）の領域に分割された１／４波長板を備えた光源を使用することにより、Ｐ−Ｓ変換素子を使用することは不要となる。この場合には、Ｐ−Ｓ変換素子を使うことによるエテンデュー（Etendue）の増加がないため、反射型カラーフィルタにおける反射によるリサイクル効率が改善される。すなわち、変調素子におけるエテンデュー（Etendue）に余裕がない場合に有効である。
【０１６０】
この構造の場合、変調素子３１で変調を受けなかった照明光は、リサイクル光として、偏光ビームスプリッタ３２を経て光源２４側に戻る。反射板１４において反射されたリサイクル光は、フライアイインテグレータ２で平均化され、変調素子３１を均一に照明する。
【０１６１】
また、この場合、暗い表示画面内の明るい個所をさらに明るく表示することができるようになる。平均輝度に対するピーク輝度の関係は、図４１に示すように、変調素子のエテンデュー（Etendue）が大きいほど、複数回のリサイクルが可能となり、表示画面の平均輝度が暗くなるほど、明るい箇所の明度については、指数的上昇カーブを示す。黒レベルも同じ比率で上昇するため、表示装置自体のコントラストは変わらないが、外光反射による黒レベル上昇が投射装置としてのコントラストを決めている場合には、コントラストの改善がなされる。
【０１６２】
なお、一般的に、反射型の変調素子と偏光ビームスプリッタとを有する構成においても、不要光は光源側に戻るが、上述の実施の形態に示すように、この不要光を積極的に効率良く変調素子側に戻してリサイクルする手段がないと、リサイクル効果は少ない。
【０１６３】
〔ピーク輝度を改善するための照明装置の構成（２）〕
また、この画像表示装置は、図４２に示すように、楕円鏡１６を備えた光源２７、リレーレンズ２８、フィールドレンズ２９、開口部を有する反射板１４、ロッドインテグレータ２６、コンデンサレンズ３０、リレーレンズ２０、反射板１４ｃ、コンデンサレンズ１０、フィールドレンズ２１、反射型偏光板６、透過型の変調素子３１、さらに、検光子となる反射型偏光板６を順次配列させて構成することができる。コンデンサレンズ１０以降の光学系の光軸は、光源２７からリレーレンズ２０までの光学系の光軸に対して、平行にずれて配置されている。
【０１６４】
この画像表示装置においては、照明装置２７と反射型偏光板６とにより、偏光変換機能が達成される。上述した実施の形態と同様に、反射型偏光板６としては、コレステリック液晶ポリマ円偏光板を使用する。
【０１６５】
光源２７から出射された照明光は、リレーレンズ２８、フィールドレンズ２９、ロッドインテグレータ２６、コンデンサレンズ３０、リレーレンズ２０、コンデンサレンズ１０及びフィールドレンズ２１を経て反射型偏光板６，６に至り、この反射型偏光板６，６において、一方の円偏光が透過し、他方の円偏光が反射される。反射された円偏光は、反射板１４ｃに至り、この反射板１４ｃで反射されることにより、逆回りの円偏光となる。この光は、再度、反射型偏光板６に達し、この反射型偏光板６を透過する。このようにして反射型偏光板６を透過した光は、変調素子３１に至り、この変調素子３１によって、表示画像に応じた空間変調を施される。
【０１６６】
この画像表示装置において、検光子となる反射型偏光板６においては、図４４に示すように、コレステリック液晶ポリマ円偏光板を変調素子３１の内部に形成してある。すなわち、この変調素子３１は、ＴＦＴ基板４８、配向層４５、液晶層４６、配向層４７、透明電極４４、反射型偏光板６及び基板４１が順次積層された構造を有している。そして、両面には、反射防止膜１５，１５が形成されている。また、変調素子の３１の前後の反射型偏光板６，６は、互いに反射型偏光板の螺旋方向が逆になっている。
【０１６７】
この画像表示装置において、変調素子３１で変調を受けなかった光束は、この変調素子３１を透過して反射型偏光板６で反射され、ロッドインテグレータ２６若しくは反射板１４ｃに達する。反射板ｃに反射された光束は、逆捩れの円偏光となり、反射型偏光板６で反射され、ロッドインテグレータ２６に達する。この光は、ロッドインテグレータ２６で均一化され、光源２７側の端部の開口周辺に設けられた反射板１４によって一部が反射され、開口を通過した残部は光源２７に戻る。リサイクル光は、ロッドインテグレータ２６で均一化され、偏光変換された状態で、変調素子３１を均一に照明する。
【０１６８】
この画像表示装置において、変調素子の液晶のモードはＶＡモードを採用しているが、コレステリック液晶ポリマ円偏光板と液晶層との間に１／４波長板を配置して直線偏光に変換することにより、直線偏光を用いるＴＮモード等の液晶とすることもできる。
【０１６９】
さらに、この画像表示装置は、図４３に示すように、３枚の変調素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃを用いて構成することもできる。すなわち、この画像表示装置においては、楕円鏡１６を備えた光源２７、リレーレンズ２８、フィールドレンズ２９、開口部を有する反射板１４、ロッドインテグレータ２６、コンデンサレンズ３０、リレーレンズ２０、反射板１４ｃ、コンデンサレンズ１０を順次配列させ、コンデンサレンズ１０の光軸を光源２７からリレーレンズ２０までの光学系の光軸に対して平行にずらした照明光学系を構成し、この光学系のからの射出光を、ミラー５６を経て第１の分光反射ミラー５７に導く。
第１の分光反射ミラー５７においては、例えば、Ｒ（赤色）光が透過され、Ｇ（緑色）光及びＢ（青色）光が反射される。Ｒ（赤色）光は、ミラー６２に反射され、リレーレンズ６４を経て、反射型偏光板６、透過型の変調素子３１ｂ及び検光子となる反射型偏光板６を経て、合成プリズム６６に至る。Ｇ（緑色）光及びＢ（青色）光は、第２の分光反射ミラー５８に至り、例えばＧ（緑色）光が透過し、Ｂ（青色）光が反射される。Ｇ（緑色）光は、リレーレンズ６０を経て、反射型偏光板６、透過型の変調素子３１ａ及び検光子となる反射型偏光板６を経て、合成プリズム６６に至る。Ｂ（青色）光は、リレーレンズ６１を経て、ミラー６３に反射され、リレーレンズ６５を経て、反射型偏光板６、透過型の変調素子３１ｃ及び検光子となる反射型偏光板６を経て、合成プリズム６６に至る。
【０１７０】
そして、合成プリズム６６においては、Ｒ（赤色）光、Ｇ（緑色）光及びＢ（青色）光が合成されて、図示しない投射レンズに向けて出射される。この光は、投射レンズにより、スクリーンに投射される。
【０１７１】
上述した各実施の形態においては、変調素子として液晶変調素子を使用しており、この変調素子において変調された光は、図示しない投射レンズを介してスクリーンに投射される。そして、変調素子としては、液晶変調素子に限らず、他の方式の変調素子を使用することとしてもよい。また、照明光学系の構造によってリサイクル効率を改善する構成は、上述したものに限定されず、光源の最適位置に反射機能を備えることでリサイクル効率を改善できる構造であればよい。
【０１７２】
上述のように、本発明においては、投射装置における不要光のリサイクルを効率良く可能とする光源と照明装置とにより、偏光分離合成を安価に達成することが可能となる。また、カラーフィルタを用いた単板変調素子を用いた場合において、光利用効率を改善することが可能となり、シーケンシャルカラータイプの単板変調素子を用いた場合においても、光利用効率を改善することが可能となる。そして、開口率の低い変調素子の光利用効率を改善することが可能となり、暗い画面におけるピーク輝度を高くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１７３】
【図１】本発明に係る画像表示装置の構成の概要を示すブロック図である。
【図２】上記画像表示装置を構成する照明装置における基本的な光路を示す側面図である。
【図３】上記画像表示装置を構成する照明装置における反射素子を傾けた場合の光路を示す側面図である。
【図４】上記画像表示装置を構成する照明装置における光学系の一部の光軸をずらした場合の光路を示す側面図である。
【図５】上記画像表示装置における光学系の一部の光軸をずらした場合の光路を示す側面図である。
【図６】上記画像表示装置を構成する光源の第１の構成を示す縦断面図である。
【図７】上記画像表示装置を構成する光源の第２の構成を示す縦断面図である。
【図８】上記画像表示装置を構成する光源の第３の構成を示す縦断面図である。
【図９】上記画像表示装置を構成する光源の第４の構成を示す縦断面図である。
【図１０】上記画像表示装置を構成する光源の第５の構成を示す縦断面図である。
【図１１】上記画像表示装置を構成する光源の第６の構成を示す縦断面図である。
【図１２】上記光源の第６の構成における四分の一波長板の構成を示す正面図である。
【図１３】上記画像表示装置を構成する照明装置の第１の構成を示す縦断面図である。
【図１４】上記画像表示装置を構成する光源において問題が生じている状態を示す縦断面図である。
【図１５】上記画像表示装置を構成する照明装置の第１の構成における光路を示す側面図である。
【図１６】上記画像表示装置を構成する照明装置の第２の構成を示す縦断面図である。
【図１７】上記照明装置の第２の構成における反射板の構成を示す正面図である。
【図１８】上記照明装置の第２の構成において反射素子を横に傾けた場合における反射板にリサイクル光が戻った状態を示す正面図である。
【図１９】上記照明装置の第２の構成において反射素子を縦に傾けた場合における反射板にリサイクル光が戻った状態を示す正面図である。
【図２０】上記画像表示装置を構成する照明装置の第３の構成を示す縦断面図である。
【図２１】上記画像表示装置を構成する照明装置の第４の構成を示す縦断面図である。
【図２２】上記画像表示装置を構成する照明装置の第５の構成を示す縦断面図である。
【図２３】上記照明装置の第５の構成におけるロッドインテグレータ及び反射板の構成を示す斜視図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【図２４】上記画像表示装置を構成する照明装置の第６の構成を示す縦断面図である。
【図２５】上記画像表示装置の第１の構成を示す縦断面図（ａ）及び原理図（ｂ）である。
【図２６】上記画像表示装置の第１の構成において、反射型円偏光板に反射防止膜を設けた場合の左回り円偏光の分光透過率（Ａ）、反射型円偏光板に反射防止膜を設けた場合の右回り円偏光の分光透過率（Ｂ）、反射型円偏光板に反射防止膜を設けない場合の左回り円偏光の分光透過率（Ｃ）、反射型円偏光板に反射防止膜を設けない場合の右回り円偏光の分光透過率（Ｄ）をそれぞれ示すグラフである。
【図２７】上記画像表示装置の第２の構成を示す縦断面図である。
【図２８】上記画像表示装置の第３の構成を示す縦断面図（ａ）及び原理図（ｂ）である。
【図２９】上記画像表示装置の第４の構成を示す縦断面図（ａ）、原理図（ｂ）及び要部斜視図（ｃ）である。
【図３０】上記画像表示装置の第５の構成を示す縦断面図（ａ）及び原理図（ｂ）である。
【図３１】上記画像表示装置の第６の構成を示す縦断面図である。
【図３２】上記画像表示装置の第７の構成を示す横断面図（ａ）及び要部斜視図（ｂ）である。
【図３３】上記画像表示装置の第７の構成を示す縦断面図である。
【図３４】上記画像表示装置の第７の構成における変調素子の構成を示す要部縦断面図である。
【図３５】上記画像表示装置の第８の構成を示す縦断面図である。
【図３６】上記画像表示装置の第７の構成における変調素子の構成を示す要部縦断面図である。
【図３７】上記画像表示装置の第７の構成における変調素子の一画素の領域の構成を示す側面図である。
【図３８】上記画像表示装置の第９の構成を示す縦断面図である。
【図３９】上記画像表示装置の第１０の構成を示す縦断面図（ａ）及び要部平面図（ｂ）である。
【図４０】上記画像表示装置の第１１の構成を示す縦断面図（ａ）及び要部平面図（ｂ）である。
【図４１】上記画像表示装置の第１１の構成における表示画像のピーク強度の変化を示すグラフである。
【図４２】上記画像表示装置の第１２の構成を示す縦断面図である。
【図４３】上記画像表示装置の第１３の構成を示す縦断面図である。
【図４４】上記画像表示装置の第１１及び第１２の構成における変調素子の構成を示す要部縦断面図である。
【図４５】従来の画像表示装置の構成を示す縦断面図である。
【図４６】画像表示装置において使用されるＰ−Ｓ変換素子の製造過程を示す斜視図である。
【図４７】従来の画像表示装置における照明装置の第１の構成を示す縦断面図である。
【図４８】従来の画像表示装置における照明装置の第２の構成を示す縦断面図である。
【図４９】従来の画像表示装置における照明装置の第３の構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【０１７４】
１，２４，２７  光源、  ２  フライアイインテグレータ、  ３  偏光変換素子、  ４  コンデンサレンズ群、  ５，３１  変調素子、  ６  反射素子、  ７  放物面鏡、  １４  反射板、  １６  楕円鏡
【図１】
0003669371.tif 000002
【図２】
0003669371.tif 000003
【図３】
0003669371.tif 000004
【図４】
0003669371.tif 000005
【図５】
0003669371.tif 000006
【図６】
0003669371.tif 000007
【図７】
0003669371.tif 000008
【図８】
0003669371.tif 000009
【図９】
0003669371.tif 000010
【図１０】
0003669371.tif 000011
【図１１】
0003669371.tif 000012
【図１２】
0003669371.tif 000013
【図１３】
0003669371.tif 000014
【図１４】
0003669371.tif 000015
【図１５】
0003669371.tif 000016
【図１６】
0003669371.tif 000017
【図１７】
0003669371.tif 000018
【図１８】
0003669371.tif 000019
【図１９】
0003669371.tif 000020
【図２０】
0003669371.tif 000021
【図２１】
0003669371.tif 000022
【図２２】
0003669371.tif 000023
【図２３】
0003669371.tif 000024
【図２４】
0003669371.tif 000025
【図２５】
0003669371.tif 000026
【図２６】
0003669371.tif 000027
【図２７】
0003669371.tif 000028
【図２８】
0003669371.tif 000029
【図２９】
0003669371.tif 000030
【図３０】
0003669371.tif 000031
【図３１】
0003669371.tif 000032
【図３２】
0003669371.tif 000033
【図３３】
0003669371.tif 000034
【図３４】
0003669371.tif 000035
【図３５】
0003669371.tif 000036
【図３６】
0003669371.tif 000037
【図３７】
0003669371.tif 000038
【図３８】
0003669371.tif 000039
【図３９】
0003669371.tif 000040
【図４０】
0003669371.tif 000041
【図４１】
0003669371.tif 000042
【図４２】
0003669371.tif 000043
【図４３】
0003669371.tif 000044
【図４４】
0003669371.tif 000045
【図４５】
0003669371.tif 000046
【図４６】
0003669371.tif 000047
【図４７】
0003669371.tif 000048
【図４８】
0003669371.tif 000049
【図４９】
0003669371.tif 000050