(57)【要約】  【課題】  ロッドにより２本の光束を合成して照明対象面を均一に照明する照明光学系であって、照明対象面を照明した後の光束の利用効率が高いものを提供する。  【解決手段】  ロッド(21)の４つの側面のうち、対向する１組を互いに平行にし、他の１組を入射端側から出射端側に向かって間隔が狭まるように互いに傾斜させて、平行な側面が２本の入射光束の主光線を含む平面に対して６０〜９０゜の角度を成すように配置する。傾斜した側面は、出射光束の最大の出射角(β1)を入射光束の最大の入射角(α1)よりも大きくする作用を有し、２本の入射光束の主光線を含む平面に対して垂直な方向の最大出射角(β1)を、平行な方向の最大出射角(β2)に等しくする。照明対象面を経た光束を利用する光学系が共軸系であっても、光束を全て取り込むことができる。【選択図】      図２
2006154327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射端と出射端と入射端から出射端に達する側面を有し、各々の主光線に最も近い平面が入射端の中心と出射端の中心を結ぶ直線に略平行で入射端近傍に収束する２本の光束を、入射端より内部に入射させて、側面で反射しながら出射端に導いて、発散する１本の光束として出射端より出射させるロッドと、ロッドから出射した光束を照明対象面に導いて、照明対象面にロッドの出射端の像を形成するリレー光学系とを備える照明光学系であって、
ロッドが、出射する光束の最大の出射角を入射する光束の最大の入射角よりも大きくするように相対的に傾斜した少なくとも１組の対向する側面を有し、
ロッドが出射する光束の最大の出射角を入射する光束の最大の入射角よりも大きくする度合いが、入射する２本の光束の主光線に最も近い平面に対して平行な方向よりも、その平面に対して垂直な方向に大きい
ことを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
入射端と出射端と入射端から出射端に達する側面を有し、各々の主光線に最も近い平面が入射端の中心と出射端の中心を結ぶ直線に略平行で入射端近傍に収束する２本の光束を、入射端より内部に入射させて、側面で反射しながら出射端に導いて、発散する１本の光束として出射端より出射させるロッドと、ロッドから出射した光束を照明対象面に導いて、照明対象面にロッドの出射端の像を形成するリレー光学系とを備える照明光学系であって、
ロッドが、出射する光束の最大の出射角を入射する光束の最大の入射角よりも小さくするように相対的に傾斜した少なくとも１組の対向する側面を有し、
ロッドが出射する光束の最大の出射角を入射する光束の最大の入射角よりも小さくする度合いが、入射する２本の光束の主光線に最も近い平面に対して垂直な方向よりも、その平面に対して平行な方向に大きい
ことを特徴とする照明光学系。
【請求項３】
ロッドに入射する２本の光束の主光線が非平行であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明光学系。
【請求項４】
ロッドの相対的に傾斜した対向する側面の傾斜の度合いを変化させる機構を備えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項５】
照明対象面のうちロッドの出射端の像が形成される範囲が長方形であって、その長辺がロッドに入射する２本の光束の主光線に最も近い平面に平行であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項６】
ロッドが相対的に傾斜した対向する側面を１組のみ有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項７】
ロッドの出射端が長方形であって、相対的に傾斜した対向する側面の端縁が出射端の長辺を規定し、出射端の長辺とロッドに入射する２本の光束の主光線に最も近い平面との成す角が３０゜以下であることを特徴とする請求項６に記載の照明光学系。
【請求項８】
ロッドの入射端と出射端が平行であり、ロッドの相対的に傾斜した対向する側面の一方のみが入射端と出射端に対して垂直であることを特徴とする請求項６に記載の照明光学系。
【請求項９】
画像を表示するとともに照明光を受けて、表示した画像によって照明光を画像を表す光とする表示素子と、表示素子に照明光を導く照明手段と、表示素子からの画像を表す光を投射面に導いて、表示素子が表示した画像を投射面に拡大して投射する投射光学系を備える投射型画像表示装置であって、
照明手段として請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の照明光学系を備えることを特徴とする投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明対象面を均一に照明する照明光学系および照明光を変調して画像を表す光とする投射型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
方向可変の微小なミラー素片を多数有する反射型表示素子により照明光を変調して画像を表す光を生成し、反射型表示素子からの画像を表す光をスクリーンに投射する投射型画像表示装置が開発されており、例えば大画面のテレビとして実用化されている。明るさにむらのない画像を提供するためには、反射型表示素子を均一に照明する必要があり、このために、インテグレータロッドとリレー光学系とから成る照明光学系が用いられている。
【０００３】
インテグレータロッドは、四角柱状の素子であり、収束光束を与えられて、一端（入射端）より内部に入った光を側面で反射しながら他端（出射端）に導いて、発散光として出射させる。インテグレータロッドの側面での反射の回数は入射端への光線の入射角に依存し、出射端の各部位には入射前の光束の様々な部位の光線が達する。したがって、入射端上では、強度の異なる光線が混じり合って、光の強度分布が均一になる。
【０００４】
リレー光学系は、インテグレータロッドからの光束を反射型表示素子に導くが、インテグレータロッドの出射端と反射型表示素子とを光学的に共役にして、反射型表示素子上にインテグレータロッドの出射端の像を形成する。これで、反射表示素子の全体が均一に照明される。
【０００５】
一般に、反射型表示素子は長方形であり、この長方形の範囲に効率よく照明光を導くために、インテグレータロッドの断面は反射型表示素子と相似の長方形とされる。近年ではより明るい画像を提供するために、インテグレータロッドに２本の光束を入射させて、合成した光束で反射型表示素子を照明することが行われている。また、特許文献１では、インテグレータロッドに２本の光束を入射させるとともに、そのインテグレータロッドの１組の対向する側面を、入射端から出射端に向かう方向において相対的に傾斜させて、入射端側で間隔が広く、出射端側で間隔の狭いテーパー状としている。
【特許文献１】特表２００２−５４３４５４号公報
【０００６】
インテグレータロッドに導く光束はランプによって発せられ、ランプからインテグレータロッドに至る間に、インテグレータロッドの入射端近傍に収束する収束光束とされる。ここで、ランプはある程度の大きさを有するため、ランプが発した光を厳密に一点に収束する光束とすることはきわめて難しい。したがって、ランプからの光束をできるだけ多く照明光として利用するためには、インテグレータロッドの入射端を大きくする必要がある。
【０００７】
一方、リレー光学系は、反射型表示素子からの画像を表す光が全て投射光学系に入射するようにするために、投射光学系とほぼ同じ開口数を有するようにする必要があり、また、インテグレータロッドの出射端の全体を反射型表示素子の全体に対応させる必要もある。しかし、インテグレータロッドの出射端が大きいと、これらの条件を両立させるためにはリレー光学系の大型化が避けられない。つまり、リレー光学系の小型化のためには、インテグレータロッドの出射端は小さいほど好ましい。
【０００８】
上記特許文献１のインテグレータロッドは、入射端が大きく出射端が小さい形状であるから、ランプからの光束をできるだけ多く照明光として利用しながら、リレー光学系の大型化を抑える上で、有用であると期待される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、インテグレータロッドの対向する側面を間隔が入射端側で広く出射端側で狭くなるように傾斜させると、光線がそれらの側面で反射されるごとに、ロッドの中心軸（入射端の中心と出射端の中心とを結ぶ直線）に対する光線の角度が大きくなり、出射光束の最大の出射角（出射する発散光束の最外縁の光線の出射角）が、入射光束の最大の入射角（入射する収束光束の最外縁の光線の入射角）よりも大きくなる。つまり、出射光束の発散の度合いが、入射光束の収束の度合いよりも大きくなる。一方、対向する側面が平行であれば、出射光束の最大の出射角は入射光束の最大の入射角に等しい。
【００１０】
このため、特許文献１のように、インテグレータロッドの１組のみの側面を相対的に傾斜させると、出射光束の最大の出射角が方向によって異なることになる。すなわち、最大の出射角が非等方的となる。その結果、反射型表示素子からの画像を表す光も最大の反射角が非等方的になってしまい、画像を表す光束の一部を投射に利用できなくなったり、投射光学系の一部を有効に利用できなくなったりする。
【００１１】
出射光束の最大の出射角が非等方的になるという事態は、対向する２組の側面がいずれも平行なインテグレータロッドであっても、２本の光束を、それらの主光線がロッドの中心軸に関して互いに反対側を通り、かつ、互いに平行な側面に対して両光束の主光線を含む平面が平行になるように、斜めに入射させると生じる。しかし、同一条件下では、１組のみの側面が相対的に傾斜したインテグレータロッドの方が、出射光束の最大の出射角の非等方性は大きい。
【００１２】
対向する２組の側面がいずれも平行なインテグレータロッドに、２本の光束を上記のように入射させたときの、入射光束と出射光束を図１３、１４に模式的に示し、１組の側面が相対的に傾斜したインテグレータロッドに２本の光束を上記のように入射させたときの、入射光束と出射光束を図１５に模式的に示す。図１３、１４においては、ロッド９１の断面は長方形であり、２本の入射光束の主光線を含む平面はその長辺に平行に設定されている。図１５においては、ロッド９１の断面は入射端で正方形、出射端で長方形であり、２本の入射光束の主光線を含む平面は、出射端の短辺に平行に設定されている。また、図１３〜１５において、（ａ）は２本の入射光束の主光線を含む平面に対して平行な方向から見たものであり、（ｂ）は２本の入射光束の主光線を含む平面に対して垂直な方向から見たものである。
【００１３】
角α１および角α２はそれぞれ、２本の入射光束の主光線を含む平面に対して垂直な方向および平行な方向における入射光束の最大の入射角であり、角θは入射光束の主光線とロッドの中心軸との成す角である。α２＝α１＋θの関係が成り立つ。角β１および角β２はそれぞれ、２本の入射光束の主光線を含む平面に対して垂直な方向および平行な方向における出射光束の最大の出射角である。また、角γ１および角γ２はそれぞれ、２本の入射光束の主光線を含む平面に対して垂直な方向および平行な方向に対応する投射光学系の取り込み角（開口数に相当）である。ここでは投射光学系を共軸系としており、投射光学系の取り込み角は２本の入射光束の主光線を含む平面に対して垂直な方向と平行な方向とで同じ、すなわちγ１＝γ２である。
【００１４】
ロッド９１の対向する側面が２組とも平行な図１３、１４では、β１＝α１、β２＝α２である。図１３（ａ）に示すように、２本の入射光束の主光線を含む平面に垂直な方向に対応する投射光学系の取り込み角γ１をその方向の最大の出射角β１の２倍とすると、図１３（ｂ）に示すように、γ２（＝γ１）＜２β２となって、投射光学系に入射し得ない光が生じて、提供する画像の明るさの低下を招く。これを防止するために、逆に、図１４（ｂ）に示すように、２本の入射光束の主光線を含む平面に平行な方向に対応する投射光学系の取り込み角γ２をその方向の最大の出射角β２の２倍とすると、図１４（ａ）に示すように、γ１（＝γ２）＞２β１となって、投影光学系のうち２本の入射光束の主光線を含む平面に対して垂直な方向に対応する辺縁部は、通過する光がなくなって無駄になる。
【００１５】
ロッドの対向する側面が１組のみ平行な図１５では、β１＝α１であるが、β２＞α２となる。したがって、β２＞α２＝α１＋θ＞α１＝β１である。このため、最大の出射角β１、β２の差（β２−β１）が、図１３、１４の場合よりも大きくなり、投射光学系に入射しない光や、投射光学系の無駄になる部分が多くなる。
【００１６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、２本の光束を合成して照明対象面を均一に照明する照明光学系であって、照明対象面を照明した後の光束の利用効率が高いものを提供することを目的とする。また、コンパクトな構成で明るい画像を提供し得る投射型画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明では、入射端と出射端と入射端から出射端に達する側面を有し、各々の主光線に最も近い平面が入射端の中心と出射端の中心を結ぶ直線に略平行で入射端近傍に収束する２本の光束を、入射端より内部に入射させて、側面で反射しながら出射端に導いて、発散する１本の光束として出射端より出射させるロッドと、ロッドから出射した光束を照明対象面に導いて、照明対象面にロッドの出射端の像を形成するリレー光学系とを備える照明光学系は、ロッドが、出射する光束の最大の出射角を入射する光束の最大の入射角よりも大きくするように相対的に傾斜した少なくとも１組の対向する側面を有し、ロッドが出射する光束の最大の出射角を入射する光束の最大の入射角よりも大きくする度合いが、入射する２本の光束の主光線に最も近い平面に対して平行な方向よりも、その平面に対して垂直な方向に大きい構成とする。
【００１８】
この照明光学系のロッドは、出射光束の最大の出射角を入射光束の最大の入射角よりも大きくするように傾斜した対向する側面、つまり、互いの間隔が入射端側で広く出射端側で狭い側面を備えている。一般に、２本の光束をロッドに入射させるとき、入射光束の入射角は２本の入射光束の主光線に最も近い平面に対して平行な方向つまり２本の光束の主光線が分離している方向において大きくなり易く、出射光束の出射角もその方向に大きくなり易い。しかし、この照明光学系のロッドは、出射光束の最大の出射角を入射光束の最大の入射角よりも大きくする度合いを、２本の入射光束の主光線が分離している方向よりも、それに垂直な方向に大きくする。これにより、出射光束の最大の出射角を方向によらず同じにすることが可能になり、照明対象面を照明した後の光束の利用効率が高まる。
【００１９】
出射光束の最大の出射角を入射光束の最大の入射角よりも大きくする度合いを、２本の入射光束の主光線に最も近い平面に平行な方向よりも、その平面に垂直な方向に大きくすることは、相対的に傾斜した対向する側面を1組のみロッドに備えて、互いに平行な側面が２本の入射光束の主光線に最も近い平面に対して垂直または垂直に近い配置とすることで、実現できる。また、相対的に傾斜した対向する側面を２組備えて、各組の傾斜の度合いを異ならせることでも実現可能である。
【００２０】
前記目的を達成するために、本発明ではまた、入射端と出射端と入射端から出射端に達する側面を有し、各々の主光線に最も近い平面が入射端の中心と出射端の中心を結ぶ直線に略平行で入射端近傍に収束する２本の光束を、入射端より内部に入射させて、側面で反射しながら出射端に導いて、発散する１本の光束として出射端より出射させるロッドと、ロッドから出射した光束を照明対象面に導いて、照明対象面にロッドの出射端の像を形成するリレー光学系とを備える照明光学系は、ロッドが、出射する光束の最大の出射角を入射する光束の最大の入射角よりも小さくするように相対的に傾斜した少なくとも１組の対向する側面を有し、ロッドが出射する光束の最大の出射角を入射する光束の最大の入射角よりも小さくする度合いが、入射する２本の光束の主光線に最も近い平面に対して垂直な方向よりも、その平面に対して平行な方向に大きい構成とする。
【００２１】
この照明光学系のロッドは、出射光束の最大の出射角を入射光束の最大の入射角よりも小さくするように傾斜した対向する側面、つまり、互いの間隔が入射端側で狭く出射端側で広い側面を備えており、出射光束の最大の出射角を入射光束の最大の入射角よりも小さくする度合いを、２本の入射光束の主光線に最も近い平面に垂直な方向よりも、その平面に平行な方向に大きくする。２本の光束をロッドに入射させるとき、出射光束の出射角は２本の入射光束の主光線が分離している方向に大きくなり易いが、その方向の最大の出射角を小さくすることで、出射光束の最大の出射角を方向によらず同じにすることが可能になり、照明対象面を照明した後の光束の利用効率が高まる。
【００２２】
出射光束の最大の出射角を入射光束の最大の入射角よりも小さくする度合いを、２本の入射光束の主光線に最も近い平面に垂直な方向よりも、その平面に平行な方向に大きくすることは、相対的に傾斜した対向する側面を1組のみロッドに備えて、それらの側面が２本の入射光束の主光線に最も近い平面と交差する配置とすることで、実現できる。また、相対的に傾斜した対向する側面を２組備えて、各組の傾斜の度合いを異ならせることでも実現可能である。
【００２３】
上記の各照明光学系は、ロッドに入射する２本の光束の主光線が非平行である設定とすることができる。このようにすると、２本の光束をロッドの入射端に導くことが容易になる。
【００２４】
ロッドの相対的に傾斜した対向する側面の傾斜の度合いを変化させる機構を備えるようにしてもよい。出射光束の最大の出射角を調節することが可能になり、汎用性の高い照明光学系となる。
【００２５】
また、照明対象面のうちロッドの出射端の像が形成される範囲が長方形であって、その長辺がロッドに入射する２本の光束の主光線に最も近い平面に平行である設定とするとよい。このようにすると、ロッドへの２本の入射光束と長方形の照明範囲の相対的角度の設定が容易になる。
【００２６】
ロッドが相対的に傾斜した対向する側面を１組のみ有する構成とすることができる。この構成では、ロッドの作製が容易になって、コストが抑えられる。
【００２７】
その場合、ロッドの出射端が長方形であって、相対的に傾斜した対向する側面の端縁が出射端の長辺を規定し、出射端の長辺とロッドに入射する２本の光束の主光線に最も近い平面との成す角が３０゜以下である設定とするとよい。２本の入射光束に対するロッドの向きの関係をこのようにすることで、傾斜した側面を１組のみ備える構成でありながら、出射光束の最大の出射角を方向によらず同じにすることが容易になる。
【００２８】
また、ロッドの入射端と出射端が平行であり、ロッドの相対的に傾斜した対向する側面の一方のみが入射端と出射端に対して垂直である構成とすることも可能である。このようにすると、１つの側面のみを傾斜させればよく、ロッドの作製が一層容易になって、コストをより抑えることができる。
【００２９】
前記目的を達成するために、本発明ではまた、画像を表示するとともに照明光を受けて、表示した画像によって照明光を画像を表す光とする表示素子と、表示素子に照明光を導く照明手段と、表示素子からの画像を表す光を投射面に導いて、表示素子が表示した画像を投射面に拡大して投射する投射光学系を備える投射型画像表示装置は、照明手段として上記のいずれかの照明光学系を備えるものとする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の照明光学系では、ロッドからの出射光束の最大の出射角つまり発散の度合いを、方向によらず同じにすることができるため、照明対象面を照明した後の光束の利用効率が高まる。また、本発明の投射型画像表示装置は、照明光学系の特徴により、表示素子からの画像を表す光束の一部が投射光学系に入射しなくなったり、投射光学系の一部が無駄になったりするのを防止することができて、コンパクトな構成でありながら明るい画像を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。第１の実施形態である投射型画像表示装置１の構成を図１の平面図に模式的に示す。投射型画像表示装置１は、２つの光源部１０ａ、１０ｂ、照明光学系２０、光束分離光学系３０、反射型表示素子４０、投射光学系５０、カラーホイール６１、および反射ミラー６２を備えている。
【００３２】
反射型表示素子４０は  ２次元に配列された多数の微小なミラー素片から成る反射面（表示面）を有する。各ミラー素片は略正方形で、対角方向の軸を中心として回動可能になっており、第１の方向と第２の方向を向き得る。画像信号に応じて個々のミラー素片の向きを設定することで、画像が表示される。画像を表示した状態の表示素子４０に与えられる照明光は、２方向に反射され、つまり変調されて、第１の方向に進む画像を表す光と、第２の方向に進む画像を表さない不要な光となる。
【００３３】
光源部１０ａ、１０ｂは、表示素子４０に与えるための照明光を供給する。光源部１０ａは、ランプ１１ａ、リフレクタ１２ａ、集光レンズ１３ａ、および反射ミラー１４ａより成る。ランプは１１ａは可視の波長範囲全体にわたる白色光を発する。リフレクタ１２ａは回転放物面鏡であり、ランプ１１ａはその発光部位の中心がリフレクタ１２ａの焦点に一致するように配置されている。したがって、ランプ１１ａが発した光は、リフレクタ１２ａで反射されて平行光束となる。
【００３４】
集光レンズ１３ａは、その光軸がリフレクタ１２ａの回転軸と一致するように配置されており、リフレクタ１２ａによって反射されたランプ１１ａからの平行光束を収束光束とする。反射ミラー１４ａは、集光レンズ１３ａからの収束光束を反射して照明光学系２０に導く。反射ミラー１４ａの向きは、集光レンズ１３ａからの光束の主光線が４５゜よりもやや大きい角度で入射するように設定されている。
【００３５】
光源部１０ｂは、ランプ１１ｂ、リフレクタ１２ｂ、集光レンズ１３ｂ、および反射ミラー１４ａより成り、光源部１０ａと同様に設定されている。これらの光源部１０ａ、１０ｂは、対向するように配置されており、面対称の関係にある。
【００３６】
なお、ここでは、リフレクタ１２ａ、１２ｂを回転放物面鏡として、集光レンズ１３ａ、１３ｂを備える構成としているが、リフレクタ１２ａ、１２ｂを回転楕円面鏡として、集光レンズ１３ａ、１３ｂを省略することも可能である。その場合、ランプ１１ａ、１１ｂをそれぞれリフレクタ１２ａ、１２ｂの第１焦点上に配置することで、ランプ１１ａ、１１ｂが発した光を、リフレクタ１２ａ、１２ｂの第２焦点に収束する収束光束とすることができる。
【００３７】
照明光学系２０は、インテグレータロッド２１、およびリレー光学系２２より成る。インテグレータロッド２１は、四角柱状で中実の素子であり、光源部１０ａ、１０ｂからの光束を内部に入射させる入射端面２１ａと、入射した光束を出射させる出射端面２１ｂと、４つの側面２１ｃを有する。入射端面２１ａと出射端面２１ｂとは互いに平行である。インテグレータロッド２１は、入射端面２１ａの中心と出射端面２１ｂの中心とを通る直線である中心軸が、光源部１０ａ、１０ｂを面対称の関係にしている平面と、反射ミラー１４ａ、１４ｂによって反射された２本の光束の主光線を含む平面との、交線に一致するように配置されている。
【００３８】
光源部１０ａ、１０ｂの集光レンズ１３ａ、１３ｂからインテグレータロッド２１の入射端面２１ａまでの距離は、集光レンズ１３ａ、１３ｂの焦点距離に等しく設定されており、光源部１０ａ、１０ｂからの２本の収束光束は、インテグレータロッド２１の入射端面２１ａ上に収束する。また、２本の収束光束の主光線は、入射端面２１ａの中心またはその近傍を通るように設定されている。２本の収束光束の主光線は入射端面２１ａに対して入射角θ（≠０゜）で入射する。
【００３９】
ランプ１１ａ、１１ｂは発光部位の中心がリフレクタ１２ａ、１２ｂの焦点に一致するように配置されているものの、ランプ１１ａ、１１ｂの発光部位は点ではなくある程度の大きさを有するため、光源部１０ａ、１０ｂからの２本の収束光束は、いずれも厳密には一点に収束せず、インテグレータロッド２１の入射端面２１ａ上で円形となる。ただし、２本の収束光束の主光線が入射端面２１ａの中心またはその近傍を通るように設定されているため、２本の収束光束の大部分は、入射端面２１ａ上で重なる。
【００４０】
入射端面２１ａを透過してインテグレータロッド２１の内部に入った光は、側面２１ｃで全反射されながら進行して、出射端面２１ｂに達し、発散光束として出射する。出射する光束は、光源部１０ａからの光束と光源部１０ｂからの光束を合成したものとなり、入射前の各光束の２倍の強度になる。
【００４１】
入射端面２１ａから入射する光束は、収束光束であるため、入射端面２１ａに対する入射角の異なる光線を含み、入射端面２１に対する入射角の異なる光線は、側面２１ｃの異なる部位で反射される。また、入射端面２１に対する入射角の異なる光線は、側面２１ｃに対する入射角も異なり、側面で反射される回数が異なる。このため、出射端面２１ｂ上の各部位にはインテグレータロッド２１に入射する前の光束の様々な部位の光線が達することになり、出射端面２１ｂ上での光の強度分布は均一になる。
【００４２】
リレー光学系２２の光軸はインテグレータロッド２１の中心軸に一致している。リレー光学系２２は、インテグレータロッド２１から出射した光束を反射型表示素子４０の反射面全体に導くとともに、インテグレータロッド２１の出射端面２１ｂと反射型表示素子４０の反射面とを光学的に共役にして、反射型表示素子４０の反射面上にインテグレータロッド２１の出射端面２１ｂの像を形成する。インテグレータロッド２１の出射端面２１ｂ上での光の強度分布は均一であるから、反射型表示素子４０の反射面上でも光の強度分布は均一になる。つまり、反射型表示素子４０の反射面は均一に照明され、反射型表示素子４０のいずれのミラー素片も同量の光を受ける。
【００４３】
カラーホール６１は、インテグレータロッド２１とリレー光学系２２との間の、インテグレータロッド２１の出射端面２１ｂに近い位置に配置されている。カラーホイール６１は、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光のみをそれぞれ選択的に透過させる３種のカラーフィルターを有しており、回転によって、これらのカラーフィルターをインテグレータロッド２１からリレー光学系２２に至る光束の光路上に順に進出させる。したがって、反射型表示素子４０に一時に与えられる照明光は、Ｒ光、Ｇ光、またはＢ光となる。
【００４４】
反射ミラー６２は、リレー光学系２２からの光束を反射して、光束分離光学系３０に導く。なお、反射ミラー６２は、反射型表示素子４０の駆動回路を設けた回路基板（不図示）を含めた投射型光学装置１の全体構成を小型化するために備えられている。反射型表示素子４０および回路基板は、光源部１０ａ、１０ｂからインテグレータロッド２１に入射する２本の光束の主光線を含む平面に対して垂直に配置されている。
【００４５】
光束分離光学系３０は、リレー光学系２２から反射型表示素子４０に与える照明光の光束の光路と、反射型表示素子４０によって反射された光束との光路とを分離して、反射型表示素子４０からの画像を表す光束を投射光学系５０に導くためのものである。光束分離光学系３０は、２つのプリズム３１、３２より成る。プリズム３１、３２は、数μｍ程度の微小な間隙を介して対向するように配置されており、ＴＩＲプリズムを成している。
【００４６】
リレー光学系２２からの光束は、プリズム３１を透過し、プリズム３１、３２間の間隙を通過し、さらにプリズム３２を透過して反射型表示素子４０に達する。この光束は、その主光線が反射型表示素子４０の反射面に対して斜めに入射するように設定されている。また、リレー光学系２２からの光束の主光線と、その入射位置における反射型表示素子４０の反射面の法線とを含む平面は、反射型表示素子４０のミラー素片の回動軸に対して垂直である。
【００４７】
反射型ミラー素子４０は、このような角度で入射する光束を反射して、入射する光束との角度がそれぞれ異なる画像を表す光束と画像を表さない不要な光束とを生成する。不要な光束は画像を表す光束に関して光束分離光学系３０から入射する光束の反対側を通る。
【００４８】
反射型表示素子４０からの画像を表す光束は、プリズム３２に入射して、間隙を介してプリズム３１と対向している表面に達する。この表面に対する画像を表す光束の入射角は臨界角以上であり、したがって、画像を表す光束は全反射される。こうして全反射された画像を表す光束は、プリズム３２の別の表面から出射して、投射光学系５０に入射する。
【００４９】
一方、反射型表示素子４０からの不要な光束は、画像を表す光束とは異なる角度でプリズム３２から出射し、投射光学系５０に入射することなく、棄てられる。
【００５０】
投影光学系５０は共軸系であり、その光軸がプリズム３２から出射する画像を表す光束の主光線に平行になるように配置されている。投射光学系５０は、画像を表す光をスクリーン（不図示）に投射して、スクリーン上に反射型表示素子４０が表示した画像の拡大画像を形成する。反射型表示素子４０は、カラーホール６１の回転と同期をとって制御され、カラーホイール６１が透過させる色光に対応する色成分の画像を表示する。つまり、投射型画像表示装置１では、カラー画像を時分割して提供する。
【００５１】
反射型表示素子４０の反射面は長方形であり、その長辺は、光源部１０ａ、１０ｂからインテグレータロッド２１に入射する２本の光束の主光線を含む平面に対して、平行に設定されている。また、反射型表示素子４０のミラー素片の回動軸は、反射面の長辺に対して４５゜の角度を成す。インテグレータロッド２１の中心軸は図１の紙面上に位置しており、投射光学系５０の光軸は、インテグレータロッド２１の中心軸と平行であって、図１の紙面よりも手前に位置している。反射ミラー６２から反射型表示素子４０に至る光束は紙面の手前側に向かって進み、反射型表示素子４０から投射光学系５０に至る光束はさらに手前側に向かって進む。
【００５２】
プリズム３１の表面のうち、リレー光学系２２からの光束が入射する表面は、自由曲面とされている。これで、反射型表示素子４０の反射面に対して照明光の光束を斜めに入射させる構成でありながら、リレー光学系２２が形成するインテグレータロッド２１の出射端面２１ｂの像全体を反射型表示素子４０の反射面全体に対応させるとともに、収差の発生を良好に抑えることができる。
【００５３】
インテグレータロッド２１についてより詳しく説明する。インテグレータロッド２１は、四角柱状であり、２組の対向する側面を有するが、そのうちの１組は平行であり、他の１組は、入射端面２１ａから出射端面２１ｂに向かう方向において、互いの間隔が入射端面２１ａ側で広く出射端面２１ｂ側で狭くなるように、相対的に傾斜している。なお、相対的に傾斜している２つの側面のインテグレータロッド２１の中心軸に対する角度は等しく、また、相対的に傾斜している２つの側面と他の２つの側面とは直交している。したがって、インテグレータロッド２１は、中心軸を含み互いに直交する２つの平面のそれぞれに関して、面対称である。
【００５４】
相対的に傾斜している１組の側面は、出射端面２１ｂから出射する光束の最大の出射角（出射する光束の最外縁の光線の出射角）を入射端面２１ａに入射する光束の最大の入射角（入射する光束の最外縁の光線の入射角）よりも大きくする作用を有する。この作用は、インテグレータロッド２１の中心軸を含みそれらの側面に垂直な平面に対して、平行な方向に現れる。
【００５５】
インテグレータロッド２１は、互いに平行な１組の側面（以下、これらの側面を平行側面という）が、光源部１０ａ、１０ｂからインテグレータロッド２１に入射する２本の光束の主光線を含む平面（以下、この平面を２光束合成平面という）に対して、６０゜以上かつ９０゜以下の角度で交差するように配置されている。
【００５６】
平行側面と２光束合成平面との成す角度が９０゜のとき、相対的に傾斜している１組の側面（以下、これらの側面を傾斜側面という）が出射光束の最大の出射角を大きくする作用は、２光束合成平面に対して垂直な方向にのみ現れる。また、平行側面と２光束合成平面との成す角度が６０゜以上９０゜未満のとき、傾斜側面が出射光束の最大の出射角を大きくする作用は、２光束合成平面に対して垂直な方向のみならず、２光束合成平面に対して平行な方向にも現れが、２光束合成平面に対して垂直な方向においてより大きい。
【００５７】
インテグレータロッド２１の入射端面２１ａに対する２本の入射光束の最大の入射角は、２光束合成平面に対して垂直な方向よりも、２光束合成平面に対して平行な方向において大きいが、傾斜側面が出射光束の最大の出射角を大きくする作用は、上述のように、２光束合成平面に対して平行な方向よりも、２光束合成平面に対して垂直な方向において大きい。したがって、２光束合成平面に対して平行な方向における最大の出射角と、２光束合成平面に対して垂直な方向における最大の出射角との差を、小さくすることが可能である。
【００５８】
さらに、２光束合成平面に対するインテグレータロッド２１の平行側面の傾きの設定次第で、最大の出射角を２光束合成平面に対して平行な方向と垂直な方向とで同じにすることもできる。その設定では、反射型表示素子４０による光束の最大の反射角も、反射面の長辺に平行な方向と垂直な方向とで等しくなり、投射光学系５０に画像を表す光束を全て入射させるとともに、投射光学系５０の全ての部分を無駄なく投射に利用することができる。
【００５９】
平行側面と２光束合成平面との成す角度を９０゜にしたときの、インテグレータロッド２１への入射光束とインテグレータロッド２１からの出射光束を図２に模式的に示す。図２において、（ａ）は２光束合成平面に平行な方向から見たものであり、（ｂ）は２光束合成平面に対して垂直な方向から見たものである。
【００６０】
角α１および角α２はそれぞれ、２光束合成平面に対して垂直な方向および平行な方向における入射光束の最大の入射角であり、角θは入射光束の主光線とロッドの中心軸との成す角である。α２＝α１＋θの関係が成り立つ。角β１および角β２はそれぞれ、２光束合成平面に対して垂直な方向および平行な方向における出射光束の最大の出射角である。また、角γ１および角γ２はそれぞれ、２光束合成平面に対して垂直な方向および平行な方向に対応する投射光学系５０の取り込み角である。投射光学系５０は共軸系であるから、取り込み角は２光束合成平面に対して垂直な方向と平行な方向とで同じ、すなわちγ１＝γ２である。
【００６１】
最大の出射角はβ２＝β１であり、したがって、２光束合成平面に垂直な方向における投射光学系５０の取り込み角γ１をその方向における最大の出射角β１の２倍（γ１＝２β１）にしても、逆に、２光束合成平面に平行な方向における取り込み角γ２をその方向における最大の出射角β２の２倍（γ２＝２β２）にしても、光束の全てが投射光学系５０に入射し、また、投射光学系５０の全ての部位が投射に関与する。
【００６２】
インテグレータロッド２１は出射端面２１ｂが反射型表示素子４０の反射面と相似な長方形となり、入射端面２１ａが略正方形になるように作成されており、出射端面２１ｂの長辺および短辺が反射型表示素子４０の反射面の長辺および短辺にそれぞれ対応する。入射端面２１ａ上での２本の入射光束を図３に模式的に示す。
【００６３】
図３において、左右方向が２光束合成平面に平行な方向であり、入射端面２１ａの４つの辺のうち、左右の２つの辺Ｅ１が入射端面２１ａと平行側面との交線、上下の２つの辺Ｅ２が入射端面２１ａと傾斜側面との交線である。また、Ｌａは光源部１０ａからの光束の入射端面２１ａ上での断面であり、Ｌｂは光源部１０ｂからの光束の入射端面２１ａ上での断面である。
【００６４】
破線Ｅ２’は出射端面２１ｂの辺（傾斜側面との交線）を入射端面２１ａ上に投影して表したものであり、従来のインテグレータロッドのように対向する側面を２組とも平行にした場合の入射端面の辺に相当する。対向する側面を２組とも平行にして入射端面を出射端面と合同の長方形とすると、入射端面に入射させるべき光束のうち２光束合成平面に垂直な方向の両端付近の部分（斜線を付した部分）が、入射しなくなる。これに対し、本実施形態のように、インテグレータロッド２１に傾斜側面を設けて、入射端面２１ａを略正方形にすると、２光束合成平面に垂直な方向の両端付近の部分も入射させることが可能であり、より明るい画像を提供することができる。
【００６５】
なお、ここでは、光源部１０ａ、１０ｂからの光束の主光線が入射端面２１ａの中心から少し外れる設定としているため、２光束合成平面に平行な方向の端部分の光がインテグレータロッド２１に入射しなくなっているが、光源部１０ａ、１０ｂからの光束の主光線が入射端面２１ａの中心を通るようにすることで、２光束合成平面に平行な方向の端部分の光も入射させることが可能である。
【００６６】
投射型画像表示装置１における照明光学系２０の設定の一例を表１に示す。
［表１］
インテグレータロッド
媒質屈折率：１．４６
長さ：７５ｍｍ
入射端面：７．８４ｍｍ×８．５３ｍｍ
出射端面：７．８４ｍｍ×５．９１ｍｍ
中心軸に対する傾斜側面の角度：１゜
２光束合成平面に対する平行側面の角度：８０゜
リレー光学系
倍率（表示素子反射面／ロッド出射端面）：２．５
Ｆナンバー：２
【００６７】
なお、投射型画像表示装置１では、インテグレータロッド２１の傾斜側面を成す２つの側面が、共に、９０゜以外の角度で入射端面２１ａや出射端面２１ｂと交差するようにしているが、一方の側面が９０゜で入射端面２１ａや出射端面２１ｂと交差し、他方の側面のみが９０゜以外の角度で入射端面２１ａや出射端面２１ｂと交差するようにしてもよい。このようにするとインテグレータロッド２１の作成が容易になる。
【００６８】
第２の実施形態の投射型画像表示装置２について説明する。投射型画像表示装置２はインテグレータロッド２１が異なるのみで、他の構成は第１の実施形態の投射型画像表示装置１と同様である。投射型画像表示装置１では、インテグレータロッド２１の傾斜側面は、入射端面２１ａ側で間隔が広く出射端面２１ｂ側で間隔が狭い設定であったが、投射型画像表示装置２では、インテグレータロッド２１の傾斜側面は、入射端面２１ａ側で間隔が狭く出射端面２１ｂ側で間隔が広い設定である。このようなインテグレータロッド２１は、出射光束の最大の出射角を小さくする作用を有する。
【００６９】
平行側面と２光束合成平面との成す角度を９０゜にしたときの、インテグレータロッド２１への入射光束とインテグレータロッド２１からの出射光束を図４に模式的に示す。図４において、（ａ）は２光束合成平面に平行な方向から見たものであり、（ｂ）は２光束合成平面に対して垂直な方向から見たものである。
【００７０】
角α１および角α２はそれぞれ、２光束合成平面に対して垂直な方向および平行な方向における入射光束の最大の入射角であり、角θは入射光束の主光線とロッドの中心軸との成す角である。α２＝α１＋θの関係が成り立つ。角β１および角β２はそれぞれ、２光束合成平面に対して垂直な方向および平行な方向における出射光束の最大の出射角である。また、角γ１および角γ２はそれぞれ、２光束合成平面に対して垂直な方向および平行な方向に対応する投射光学系５０の取り込み角である。投射光学系５０は共軸系であるから、γ１＝γ２である。
【００７１】
２光束合成平面に垂直な方向における最大の出射角β１は、その方向における最大の入射角α１に等しい（β１＝α１）。一方、２光束合成平面に平行な方向における最大の出射角β２は、その方向における最大の入射角α２よりも小さく、２光束合成平面に垂直な方向における最大の入射角α１に等しい（β２＝α１＜α１＋θ２＝α２）。
【００７２】
つまり、最大の出射角はβ２＝β１であり、したがって、２光束性平面に垂直な方向における投射光学系５０の取り込み角γ１をその方向における最大の出射角β１の２倍（γ１＝２β１）にしても、逆に、２光束性平面に平行な方向における取り込み角γ２をその方向における最大の出射角β２の２倍（γ２＝２β２）にしても、光束の全てが投射光学系５０に入射し、また、投射光学系５０の全ての部位が投射に関与する。
【００７３】
このように、インテグレータロッド２１に、最大の出射角を最大の入射角よりも小さくする作用をもたせることは、投射光学系５０の取り込み角を小さくして、投射光学系５０を小口径化するときに有用である。なお、インテグレータロッド２１は、平行側面が２光束合成平面に対して６０゜以上かつ９０゜以下の角度を成すように配置する。
【００７４】
第３の実施形態の投射型画像表示装置３の構成を図５の平面図および図６の側面図に模式的に示す。投射型画像表示装置３は、第１の実施形態の投射型画像表示装置１を修飾したものであり、インテグレータロッド２１の中心軸と投射光学系５０の光軸を、２光束合成平面に対して垂直な同一平面上に配置している点、および、光束分離光学系３０の構成を変更して、反射ミラー６２を省略した点で相違する。
【００７５】
光束分離光学系３０は、ＴＩＲプリズムを成す２つのプリズム３１、３２を有する。インテグレータロッド２１から出射した照明光の光束は、プリズム３１に入射し、微小な間隙を介してプリズム３２と対向している表面に臨界角以上の入射角で入射して全反射され、他の表面から出射する。プリズム３１から出射した光束は、反射型表示素子４０によって反射されて、画像を表す光束と、不要な光束とされる。
【００７６】
反射型表示素子４０からの画像を表す光束は、再びプリズム３１に入射してこれを透過し、プリズム３１、３２間の間隙を通過してプリズム３２に入射する。プリズム３２に入射した光束は、プリズム３２の表面に臨界角以上の入射角で入射して全反射され、他の表面から出射して投射光学系５０に入射する。一方、反射型表示素子４０からの不要な光束は、プリズム３２から画像を表す光束とは異なる方向に出射し、投射光学系５０に入射することなく棄てられる。
【００７７】
投射光学系５０は共軸系であり、その光軸がプリズム３２を出射した画像を表す光束の主光線に平行になるように配置されている。また、投射光学系５０の光軸はインテグレータロッド２１の中心軸に平行である。
【００７８】
反射型表示素子４０およびその駆動回路を有する回路基板４１は、２光束合成平面と平行に配置されている。反射型表示素子４０の反射面は、その短辺がインテグレータロッド２１の中心軸に平行であり、長辺がインテグレータロッド２１の中心軸に垂直である。
【００７９】
本実施形態の投射型画像表示装置３のように、インテグレータロッド２１の中心軸と投射光学系５０の光軸を、２光束合成平面に対して垂直な同一平面上に配置すると、反射型表示素子４０および回路基板４１を２光束合成平面に対して平行にすることが可能になり、薄型（２光束合成平面に対して垂直な方向の大きさが小さい）の装置とすることができる。
【００８０】
投射型画像表示装置３における照明光学系２０の設定の一例を表２に示す。
［表２］
インテグレータロッド
媒質屈折率：１．４６
長さ：５０ｍｍ
入射端面：７．３４ｍｍ×５．９５ｍｍ
出射端面：７．３４ｍｍ×４．２０ｍｍ
中心軸に対する傾斜側面の角度：１゜
２光束合成平面に対する平行側面の角度：９０゜
リレー光学系
倍率（表示素子反射面／ロッド出射端面）：２．５
Ｆナンバー：２．５
【００８１】
上記の各実施形態においては、インテグレータロッド２１の対向する側面を１組のみ傾斜側面とし、他の１組を平行側面としたが、インテグレータロッド２１の対向する側面を２組共に傾斜側面とすることも可能である。このようにすると、インテグレータロッド２１からの出射光束の最大の出射角に関与するパラメータが多くなって、出射光束の最大の出射角の調節が一層容易になる。
【００８２】
その場合、２組の対向側面を共に入射端面２１ａ側で間隔が広く出射端面２１ｂ側で間隔が狭い設定としてもよいし、逆に、２組の対向側面を共に入射端面２１ａ側で間隔が狭く出射端面２１ｂ側で間隔が広い設定としてもよいし、さらに、１組の対向側面を入射端面２１ａ側で間隔が広く出射端面２１ｂ側で間隔が狭い設定とし、他の１組を入射端面２１ａ側で間隔が狭く出射端面２１ｂ側で間隔が広い設定としてもよい。
【００８３】
第４の実施形態の投射型画像表示装置４の構成を図７の平面図に模式的に示す。本実施形態の投射型画像表示装置４は、第１の実施形態の投射型画像表示装置３を修飾して、インテグレータロッド２１の対向する側面を２組共に傾斜側面とするとともに、インテグレータロッド２１に入射する２本の光束の主光線を平行にしたものである。
【００８４】
光源部１０ａ、１０ｂからインテグレータロッド２１に入射する光束の主光線を平行にするために、反射ミラー１４ａ、１４ｂは、集光レンズ１３ａ、１３ｂの光軸に対して４５゜の角度を成すように配置されている。光源部１０ａ、１０ｂからの光束の主光線は、入射端面２１ａの中心に関して互いに反対側に入射する。
【００８５】
インテグレータロッド２１の２組の傾斜側面はいずれも、入射端面２１ａ側で間隔が広く、出射端面２１ｂ側で間隔が狭い設定である。したがって、インテグレータロッド２１は、直交する２方向のいずれにおいても、出射光束の最大の出射角を大きくする作用を有する。インテグレータロッド２１の中心軸に対する一方の組の傾斜側面の角度と、他方の組の角度とは等しく、したがって、最大の出射角を大きくする作用は、直交する２方向で同じである。
【００８６】
インテグレータロッド２１は、２組の傾斜側面の一方が２光束合成平面と直交するように配置されている。また、インテグレータロッド２１の出射端面２１ｂは、反射型表示素子４０の反射面と相似な長方形であり、２光束合成平面に垂直な辺がその短辺である。インテグレータロッド２１の入射端面２１ａも長方形であるが、反射型表示素子４０の反射面と相似ではない。
【００８７】
インテグレータロッド２１への入射光束とインテグレータロッド２１からの出射光束を図８に模式的に示す。図８において、（ａ）は２光束合成平面に平行な方向から見たものであり、（ｂ）は２光束合成平面に対して垂直な方向から見たものである。
【００８８】
角α１および角α２はそれぞれ、２光束合成平面に対して垂直な方向および平行な方向における入射光束の最大の入射角である。入射光束の主光線の入射角はどの方向においても０゜であるから、α２＝α１である。角β１および角β２はそれぞれ、２光束合成平面に対して垂直な方向および平行な方向における出射光束の最大の出射角である。また、角γ１および角γ２はそれぞれ、２光束合成平面に対して垂直な方向および平行な方向に対応する投射光学系５０の取り込み角である。投射光学系５０は共軸系であるから、γ１＝γ２である。
【００８９】
最大の出射角はβ２＝β１であり、したがって、２光束性平面に垂直な方向における投射光学系５０の取り込み角γ１をその方向における最大の出射角β１の２倍（γ１＝２β１）にしても、逆に、２光束性平面に平行な方向における取り込み角γ２をその方向における最大の出射角β２の２倍（γ２＝β２）にしても、光束の全てが投射光学系５０に入射し、また、投射光学系５０の全ての部位が投射に関与する。
【００９０】
本実施形態の投射型画像表示装置４においては、インテグレータロッド２１への２本の入射光束の主光線を平行にして、出射光束の最大の出射角を２光束合成平面に対して平行な方向と垂直な方向とで等しくしているが、インテグレータロッド２１の入射端面２１ａは、反射型表示素子４０の反射面と相似な出射端面２１ｂを２光束合成平面に対して垂直な方向により大きくした形状となっている。このため、第１の実施形態の投射型画像表示装置１と同じく、図３に示したように、入射光束のうち２光束合成平面に対して垂直な方向の両端部分の光も、インテグレータロッド２１に入射させることができて、明るい画像を提供することが可能である。
【００９１】
第１〜第４の実施形態の投射型画像表示装置１〜４では、インテグレータロッド２１に入射する２本の光束の主光線が、入射端面２１ａの近傍で交差するか、あるいは互いに平行であり、２本の光束の主光線は同一の平面に含まれている。しかし、本発明は、インテグレータロッドに対する２本の入射光束の主光線が、交差せず平行でもない設定、つまり、主光線が交差する２本の光束の一方を、それらの光束の主光線を含む平面に対して垂直な方向にシフトさせた設定でも、適用することができる。その場合、２本の光束の主光線に最も近い平面（両主光線の最近点を結ぶ線分に対して垂直で、その線分を二等分する平面）を２光束合成平面として、これに対して垂直な方向と平行な方向について、最大の出射角が略等しくなるようにする。
【００９２】
また、各実施形態の投射型画像表示装置１〜４では、インテグレータロッド２１として中実の部材を用いて、側面での全反射を利用しているが、インテグレータロッド２１を中空とすることも可能である。その場合、側壁に囲まれた空間の方が側壁よりも低屈折率となって全反射を利用することができなくなるので、反射率の高い材料で側壁を作成するか、あるいは、側壁の内面に反射膜を施しておく。また、中実のインテグレータロッドでは側面の傾斜角を変えることはできないが、中空のインテグレータロッドでは、側壁を可動にすることで、側面の傾斜角を変えることも可能になる。
【００９３】
中空のインテグレータロッド２１を採用した第５の実施形態の投射型画像表示装置５について説明する。投射型画像表示装置５のインテグレータロッド２１以外の構成は投射型画像表示装置１または３と同様である。
【００９４】
インテグレータロッド２１を図９〜図１１に模式的に示す。インテグレータロッド２１は対向する２組の側壁２２ａ、２２ｂより成り、それらの内面が光を反射する側面２１ｃとして機能する。インテグレータロッド２１は、物理的な入射端面や出射端面をもたないが、ここでは、側壁２２ａ、２２ｂの端縁に囲まれる範囲を入射端面２１ａ、出射端面２１ｂとよぶ。図９〜図１１において、（ａ）は入射端面２１ａの正面図、（ｂ）は側壁２２ｂに対して垂直な方向から見た透視側面図、（ｃ）は出射端面２１ｂの正面図である。
【００９５】
１組の対向する２つの側壁２２ａは互いに平行であり、インテグレータロッド２１は、これらの側壁２２ａによって規定される平行側面が２光束合成平面に対して６０゜以上９０゜以下の角度を成すように、配置される。もう１組の対向する２つの側壁２２ｂは、インテグレータロッド２１の中心軸に対して傾斜して、互いの間隔が入端面２１ａ側で広く出射端面２１ｂ側で狭くなっており、これらの側壁２２ｂによって規定される傾斜平面は、出射光束の最大の出射角を入射光束の最大の入射角よりも大きくする作用を有する。
【００９６】
中心軸に対して傾斜している側壁２２ｂの中心軸に対する角度は可変であり、したがって、傾斜側面が出射光束の最大の出射角を大きくする作用も可変である。図１０は、図９よりも、側壁２２ｂの中心軸に対する角度を大きくした状態を示しており、傾斜側面が出射光束の最大の出射角を大きくする作用も大きい。図１１は、図９よりも、側壁２２ｂの中心軸に対する角度を小さくした状態を示しており、傾斜側面が出射光束の最大の出射角を大きくする作用も小さい。
【００９７】
中心軸に対する側壁２２ｂの角度を可変にする機構を図１２に模式的に示す。図１２において、（ａ）は入射端面２１ａの正面図、（ｂ）は出射端面２１ｂの正面図、（ｃ）は入射端面２１ａ付近の透視側面図、（ｄ）は出射端面２１ｂ付近の透視側面図である。平行側面を規定する側壁２２ａの入射端面２１ａ側の端部には、開口を有する固定板２３が固定されており、側壁２２ａの出射端面側の端部にも、開口を有する固定板２６が固定されている。
【００９８】
入射端面２１ａ側の固定板２３には、細長い溝孔２４が形成されている。傾斜側面を規定する側壁２２ｂの入射端面２１ａ側の端部は、ねじ孔が設けられた突起を有しており、ねじ２５を溝孔２４を通して突起のねじ孔に係合させて、ねじ２５の頭と側壁２２ｂの突起部とで固定板２３を挟みつけることで、側壁２２ｂの入射端面２１ａ側の端部は固定板２３に取り付けられる。ねじ２５を弛めた状態では、側壁２２ｂの入射端面２１ａ側の端部は溝孔２４に沿って可動である。
【００９９】
出射端面側の固定板２６には、円形の孔が設けられた支持板２７が固定されている。側壁２２ｂの出射端面２１ｂ側の端部には、ねじ孔が設けられており、支持板２７と側壁２２ｂの間にコイルばね２９を介装して、ねじ２８を支持板２７の孔とコイルばね２９を通して側壁２２ｂのねじ孔に係合させることで、側壁２２ｂの出射端面２１ｂ側の端部は固定板２６に取り付けられる。コイルばね２９は、圧縮された状態となって側壁２２ｂを支持板２７から離間する方向に付勢し、これにより、側壁２２ｂの出射端面２１ｂ側の端部は支持板２７から一定距離に保たれる。
【０１００】
入射端面２１ａ側の端部の移動により、インテグレータロッド２１の中心軸に対する側壁２２ｂの角度が変わり、また、側壁２２ｂの角度が変わっても、出射端面２１ｂの大きさは一定に保たれる。
【０１０１】
このように、インテグレータロッド２１の傾斜側面の角度を可変にすると、装置の組み立て誤差等によって最大の出射角度が変動したときでも、傾斜側面の角度を調節することによって最大の出射角度を適切にすることが可能になり、また、汎用性が高まって、様々な装置に採用することができる。
【０１０２】
なお、ここでは実施形態として投射型画像表示装置を掲げたが、本発明の照明光学系は、投射型画像表示装置に限らず、照明対象面からの光束を利用するあらゆる光学装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】第１の実施形態の投射型画像表示装置の光学構成を模式的に示す平面図。
【図２】第１の実施形態の投射型画像表示装置が備えるインテグレータロッドと、その入射光束と出射光束を模式的に示す図。
【図３】第１の実施形態の投射型画像表示装置が備えるインテグレータロッドの入射端面上での２本の入射光束を模式的に示す図。
【図４】第２の実施形態の投射型画像表示装置が備えるインテグレータロッドと、その入射光束と出射光束を模式的に示す図。
【図５】第３の実施形態の投射型画像表示装置の光学構成を模式的に示す平面図。
【図６】第３の実施形態の投射型画像表示装置の光学構成を模式的に示す側面図。
【図７】第４の実施形態の投射型画像表示装置の光学構成を模式的に示す平面図。
【図８】第４の実施形態の投射型画像表示装置が備えるインテグレータロッドと、その入射光束と出射光束を模式的に示す図。
【図９】第５の実施形態の投射型画像表示装置が備えるインテグレータロッドの一設定例を模式的に示す図。
【図１０】第５の実施形態の投射型画像表示装置が備えるインテグレータロッドの他の設定例を模式的に示す図。
【図１１】第５の実施形態の投射型画像表示装置が備えるインテグレータロッドの他の設定例を模式的に示す図。
【図１２】第５の実施形態の投射型画像表示装置が備えるインテグレータロッドの傾斜側面を可変にするための構成を模式的に示す図。
【図１３】従来のインテグレータロッドとその入射光束と出射光束を模式的に示す図。
【図１４】従来のインテグレータロッドとその入射光束と出射光束を模式的に示す図。
【図１５】従来のインテグレータロッドとその入射光束と出射光束を模式的に示す図。
【符号の説明】
【０１０４】
１〜５  投射型画像表示装置
１０ａ、１０ｂ  光源部
１１ａ、１１ｂ  ランプ
１２ａ、１２ｂ  リフレクタ
１３ａ、１３ｂ  集光レンズ
１４ａ、１４ｂ  反射ミラー
２０    照明光学系
２１    インテグレータロッド
２２    リレー光学系
２１ａ  入射端面
２１ｂ  出射端面
２１ｃ  側面
２２ａ、２２ｂ  側壁
２３、２６  固定板
２４    溝孔
２５、２８    ねじ
２７    支持板
２９    コイルばね
３０    光束分離光学系
３１、３２  プリズム
４０    反射型表示素子
４１    回路基板
５０    投射光学系
６１    カラーホイール
６２    反射ミラー
【図１】
2006154327.tif 000003
【図２】
2006154327.tif 000004
【図３】
2006154327.tif 000005
【図４】
2006154327.tif 000006
【図５】
2006154327.tif 000007
【図６】
2006154327.tif 000008
【図７】
2006154327.tif 000009
【図８】
2006154327.tif 000010
【図９】
2006154327.tif 000011
【図１０】
2006154327.tif 000012
【図１１】
2006154327.tif 000013
【図１２】
2006154327.tif 000014
【図１３】
2006154327.tif 000015
【図１４】
2006154327.tif 000016
【図１５】
2006154327.tif 000017