(57)【要約】十分な照度を確保しつつ、演色性に優れた照明光学系、そのような照明光学系とこれによって照明される空間変調素子とを備えた画像表示装置、およびそのような空間変調元素子の照明方法を提供する。第１の光源（１１）と、この第１の光源（１１）の発光スペクトルとは異なる発光スペクトルを有する第２の光源（２１）と、第１の光源（１１）からの光束（Ｌ１）のうちの特定波長帯の光を、第２の光源（２１）からの光束（Ｌ２）によって置き換える置換光学系とを備えるようにし、第１の光源（１１）からの光束（Ｌ１）における光強度の弱い特定波長帯の光を、十分な強度を有する第２の光源（２１）からの光束（Ｌ２）に置き換える。これにより、必要以上に照度を低下させることなくホワイトバランスを図ることができ、優れた演色性を発揮することができる。
2003096118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光源と、
前記第１の光源の発光スペクトルとは異なる発光スペクトルを有する第２の光源と、
前記第１の光源からの光束のうちの特定波長帯の光を、前記第２の光源からの光束によって置き換える置換光学系と
を備えたことを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記第２の光源からの光束のうちの前記特定波長帯間の光の強度は、前記第１の光源からの光束のうちの前記特定波長帯間の光の強度よりも大きい
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の照明光学系。
【請求項３】
前記第２の光源からの光束は、前記特定波長帯に強度ピークを有する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の照明光学系。
【請求項４】
前記置換光学系は、
第１の偏光方向に偏光した第１の直線偏光光束として入射する前記第１の光源からの光束と、第２の偏光方向に偏光した第２の直線偏光光束として入射する前記第２の光源からの光束とを合成して射出する光合成素子と、
前記光合成素子から射出された光束のうち、前記特定波長帯の光についてのみ選択的に、前記第１の偏光方向の光は前記第２の偏光方向に、そして、前記第２の偏光方向の光は前記第１の偏光方向に回転させる偏光回転素子と、
前記偏光回転素子から射出した光束のうち、前記第１の偏光方向の直線偏光光束のみを通過させる偏光素子と
を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の照明光学系。
【請求項５】
前記置換光学系は、さらに、前記第１の光源から射出されるランダムな偏光光束を、前記第１の偏光方向に偏光した前記第１の直線偏光光束として出力する第１の偏光手段を備え、
前記光合成素子は、前記第１の偏光手段を介して前記第１の直線偏光光束として入射する前記第１の光源からの光束と、第２の偏光方向に偏光した第２の直線偏光光束として入射する前記第２の光源からの光束とを合成して射出する
ことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の照明光学系。
【請求項６】
前記置換光学系は、
第１の偏光方向に偏光した第１の直線偏光光束として入射する前記第１の光源からの光束と、第２の偏光方向に偏光した第２の直線偏光光束として入射する前記第２の光源からの光束とを合成して射出する光合成素子と、
前記光合成素子から射出された光束のうち、前記特定波長帯以外の光についてのみ選択的に、前記第１の偏光方向の光は前記第２の偏光方向に、そして、前記第２の偏光方向の光は前記第１の偏光方向に回転させる偏光回転素子と、
前記偏光回転素子から射出した光束のうち、前記第２の偏光方向の直線偏光光束のみを通過させる偏光素子と
を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の照明光学系。
【請求項７】
前記置換光学系は、さらに、前記第１の光源から射出されるランダムな偏光光束を、前記第１の偏光方向に偏光した前記第１の直線偏光光束として出力する第１の偏光手段を備え、
前記光合成素子は、前記第１の偏光手段を介して前記第１の直線偏光光束として入射する前記第１の光源からの光束と、第２の偏光方向に偏光した第２の直線偏光光束として入射する前記第２の光源からの光束とを合成して射出する
ことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の照明光学系。
【請求項８】
前記置換光学系は、
前記第１の光源からの光束を、第１の偏光方向に偏光した第１の直線偏光光束に変換する第１の偏光変換素子と、
前記第２の光源からの光束を、前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向に偏光した第２の直線偏光光束に変換する第２の偏光変換素子と、
前記第１の直線偏光光束と前記第２の直線偏光光束とを合成する光合成素子と、
前記第１の偏光変換素子から射出した光束のうち、前記特定波長帯の光についてのみ選択的に偏光方向を前記第１の偏光方向から前記第２の偏光方向へと回転させると共に、前記第２の偏光変換素子から射出した光束の偏光方向を第２の偏光方向から第１の偏光方向へと回転させる偏光回転素子と、
前記偏光回転素子から射出した光束のうち、前記第１の偏光方向の直線偏光光束のみを通過させる偏光素子と
を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の照明光学系。
【請求項９】
前記置換光学系は、
前記第１の光源からの光束を、第１の偏光方向に偏光した第１の直線偏光光束に変換する第１の偏光変換素子と、
前記第２の光源からの光束を、前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向に偏光した第２の直線偏光光束に変換する第２の偏光変換素子と、
前記第１の直線偏光光束と前記第２の直線偏光光束とを合成する光合成素子と、
前記第１の偏光変換素子から射出した光束のうち、前記特定波長帯以外の光についてのみ選択的に偏光方向を前記第１の偏光方向から前記第２の偏光方向へと回転させると共に、前記第２の偏光変換素子から射出した光束の偏光方向を第２の偏光方向から第１の偏光方向へと回転させる偏光回転素子と、
前記偏光回転素子から射出した光束のうち、前記第２の偏光方向の直線偏光光束のみを通過させる偏光素子と
を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の照明光学系。
【請求項１０】
前記第１の光源と前記置換光学系との間に、光強度分布を均一化するための第１の均一化光学系を備えたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の照明光学系。
【請求項１１】
前記第１の均一化光学系は、
複数のレンズ要素を二次元的に配列して構成され、入射された光束を前記複数のレンズ要素により複数の小光束に分割して射出してそれぞれを集光する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイからの複数の小光束のそれぞれに対応して二次元的に配列され、前記第１のレンズアレイの各レンズ要素から入射した小光束を互いに重なり合う方向に向けてそれぞれ射出する複数のレンズ要素を含む第２のレンズアレイと
をさらに備えたことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の照明光学系。
【請求項１２】
さらに、前記第２の光源と前記置換光学系との間に、光強度分布を均一化するための第２の均一化光学系を備えたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の照明光学系。
【請求項１３】
前記第２の均一化光学系は、
複数のレンズ要素を二次元的に配列して構成され、入射された光束を前記複数のレンズ要素により複数の小光束に分割して射出してそれぞれを集光する第３のレンズアレイと、
前記第３のレンズアレイからの複数の小光束のそれぞれに対応して二次元的に配列され、前記第３のレンズアレイの各レンズ要素から入射した小光束を互いに重なり合う方向に向けてそれぞれ射出する複数のレンズ要素を含む第４のレンズアレイと
をさらに備えたことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の照明光学系。
【請求項１４】
前記第２の光源からの光束の中心軸は、前記第１の光源からの光束の中心軸と直交している
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の照明光学系。
【請求項１５】
前記特定波長帯が赤色波長帯であり、かつ、前記第２の光源は、前記赤色波長帯にピークを有する発光ダイオードまたは赤色レーザである
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の照明光学系。
【請求項１６】
照明光学系と、
前記照明光学系から射出した光束を照明光として利用し、画素ドットごとの選択的な空間変調を行うことにより光学像を形成する空間変調素子と
を備えた画像表示装置であって、
前記照明光学系は、
第１の光源と、
前記第１の光源の波長スペクトルとは異なる発光スペクトルを有する第２の光源と、
前記第１の光源からの光束のうちの特定波長帯の光を、前記第２の光源からの光束によって置き換える置換光学系と
を含むことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１７】
上記空間変調素子から出力された光をスクリーンに投射する投射レンズを備えたことを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の画像表示装置。
【請求項１８】
上記空間変調素子は液晶表示素子であることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の画像表示装置。
【請求項１９】
画素ドットごとの選択的な空間変調を行うことにより光学像を形成する空間変調素子を照明する方法であって、
第１の光源から光束を射出させ、
前記第１の光源の発光スペクトルとは異なる発光スペクトルを有する第２の光源から光束を射出させ、
前記第１の光源からの光束のうちの特定波長帯の光を、前記第２の光源からの光束によって置き換え、
前記特定波長帯が前記第２の光源からの光束によって置き換えられた状態の前記第１の光源からの光束を前記空間変調素子に導く
ことを特徴とする空間変調素子の照明方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、被照明体をバランスよく照明するための照明光学系、そのような照明光学系とこれによって照明される空間変調素子とを備えた画像表示装置、およびそのような空間変調素子の照明方法に関する。
背景技術
近年、例えば液晶パネルに代表される空間変調素子を光スイッチング素子として利用し、液晶パネル上の画像を投射光学系によってスクリーン上に拡大投影するようにした液晶プロジェクタ等の投射型液晶表示装置が広く使用されるようになっている。この種の液晶表示装置には、Ｂ（青），Ｒ（赤），Ｇ（緑）の３色カラーフィルタを備えた液晶パネルを１枚用いて構成した単板方式と、モノクロ液晶パネルをＢ（青），Ｒ（赤），Ｇ（緑）の各光路ごとに設けて構成した３板方式とがある。
このような投射型液晶表示装置における照明光学系の光源としては、通常、可視光の全波長領域に亘って連続な発光スペクトルを有するメタルハライドランプや超高圧水銀ランプ等が用いられる。
第１０図は、超高圧水銀ランプの発光スペクトルを示すものである。第１０図に示したとおり、超高圧水銀ランプの発光スペクトルには数本のエネルギーピークが含まれる。この発光スペクトルにおいて、およそ４００ｎｍ〜４８０ｎｍの波長域にエネルギーピークＰＢを示す光は青色光として利用され、およそ４９０ｎｍ〜５５０ｎｍの波長域にエネルギーピークＰＧを示す光は緑色光として利用される。さらに、およそ６２０ｎｍ〜７００ｎｍの波長域の光は赤色光として利用される。
しかしながら、第１０図に示したように、このような超高圧水銀ランプでは青色光や緑色光に比べて赤色光の相対強度がかなり不足している。この赤色光成分の不足により、最終的に得られる投影画像のホワイトバランスが緑−青方向に偏ってしまい、良好な演色性が得られない。そのため、やむを得ず緑色光成分および青色光成分の強度を絞ることで、ホワイトバランスを図り良好な演色性を確保していた。しかしながら、このような方法では、全体としての照度が低下してしまい、投影画像の明るさが十分に得られないという問題が生じる。
しかも、第１０図の発光スペクトルは５８０ｎｍ付近の波長域に、赤色波長帯のエネルギーレベルよりも高いエネルギーピークＰＹを持つ黄色光あるいは橙色光成分を含んでいる。この黄色光あるいは橙色光成の存在により、本来赤色であるべき投影画像が橙色になったり、あるいは本来緑色であるべき投影画像が黄緑色になったりする等、投影画像の演色性に問題が生ずる。なお、これらの問題は、メタルハライドランプを用いた場合も同様に生じる。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、十分な照度を確保しつつ、演色性に優れた照明光学系、そのような照明光学系とこれによって照明される空間変調素子とを備えた画像表示装置、およびそのような空間変調素子の照明方法を提供することにある。
発明の開示
本発明の照明光学系は、第１の光源と、この第１の光源の発光スペクトルとは異なる発光スペクトルを有する第２の光源と、第１の光源からの光束のうちの特定波長帯の光を、第２の光源からの光束によって置き換える置換光学系とを備えるようにしたものである。ここで、第２の光源からの光束は、上記の特定波長帯に強度ピークを有することが望ましく、特定波長帯が赤色波長帯である場合には、第２の光源として赤色波長帯にピークを有する発光ダイオードまたは赤色レーザを用いることが望ましい。
さらに、置換光学系は、第１の偏光方向に偏光した第１の直線偏光光束として入射する第１の光源からの光束と、第２の偏光方向に偏光した第２の直線偏光光束として入射する第２の光源からの光束とを合成して射出する光合成素子と、その光合成素子から射出された光束のうち、特定波長帯の光についてのみ選択的に、第１の偏光方向の光は第２の偏光方向に、そして、第２の偏光方向の光は第１の偏光方向に回転させる偏光回転素子と、その偏光回転素子から射出した光束のうち、第１の偏光方向の直線偏光光束のみを通過させる偏光素子とを含むことが好適である。
また逆に、上述の置換光学系が、光合成素子から射出された光束のうち、特定波長帯以外の光についてのみ選択的に、第１の偏光方向の光は第２の偏光方向に、そして、第２の偏光方向の光は第１の偏光方向に回転させる偏光回転素子と、その偏光回転素子から射出した光束のうち、第２の偏光方向の直線偏光光束のみを通過させる偏光素子とを含むように構成してもよい。
本発明の照明光学系では、第１の光源からの光束のうちの特定波長帯の光を、置換光学系によって、第１の光源の発光スペクトルとは異なる発光スペクトルを有する第２の光源からの光束に置き換える。こうすることで、第１の光源からの光束における光強度の弱い特定波長帯の光を第２の光源からの十分な強度の光束に置き換えることができる。
本発明の画像表示装置は、照明光学系と、この照明光学系から射出した光束を照明光として利用し、画素ドットごとの選択的な空間変調を行うことにより光学像を形成する空間変調素子とを備えた画像表示装置であり、照明光学系は、第１の光源と、この第１の光源の波長スペクトルとは異なる発光スペクトルを有する第２の光源と、第１の光源からの光束のうちの一部の特定波長帯の光を、第２の光源からの光束によって置き換える置換光学系とを含むようにしたものである。
本発明の画像表示装置では、照明光学系において、第１の光源からの光束のうちの特定波長帯の光を、置換光学系によって、第１の光源の発光スペクトルとは異なる発光スペクトルを有する第２の光源からの光束に置き換えるようになっている。こうすることで、第１の光源からの光束における光強度の弱い特定波長帯の光を第２の光源からの十分な強度の光束に置き換えることができる。
本発明の空間変調素子の照明方法は、画素ドットごとの選択的な空間変調を行うことにより光学像を形成する空間変調素子を照明する方法であり、第１の光源から光束を射出させ、この第１の光源の発光スペクトルとは異なる発光スペクトルを有する第２の光源から光束を射出させ、第１の光源からの光束のうちの一部の特定波長帯の光を、第２の光源からの光束によって置き換え、特定波長帯が第２の光源からの光束によって置き換えられた状態の第１の光源からの光束を空間変調素子に導くようにしたものである。
本発明の空間変調素子の照明方法では、第１の光源からの光束のうちの一部の特定波長帯の光を、第１の光源の発光スペクトルとは異なる発光スペクトルを有する第２の光源からの光束に置き換えたのち、空間変調素子に導くようにする。こうすることで、第１の光源からの光束における光強度の弱い特定波長帯の光を第２の光源からの十分な強度の光束に置き換えることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
最初に、第１図を参照して、本発明の実施の形態に係る画像表示装置としての液晶表示装置の構成について説明する。なお、本実施の形態では、「前方」とは、ある対象物からみて光源側を指し、「後方」とは、ある対象物からみて光源とは反対側を指す。
第１図は、本実施の形態に係る液晶表示装置の概略構成を表すものであり、真上または真横から見た状態を示している。この液晶表示装置は、３板式の投射型カラー液晶表示装置として構成されたものであり、第１の光学系１と、第２の光学系２とを備えている。
第１の光学系１は、第１の光源１１と、第２の光源２１と、ＰＳ分離合成素子１６とを備えている。第１の光源１１からの光束の中心軸１０（以下、光軸１０という。）と第２の光源２１からの光束の中心軸２０（以下、光軸２０という。）とは互いにほぼ直交しており、両光軸の交差位置にＰＳ分離合成素子１６が配置されている。
第１の光学系１はまた、第１の光源１１とＰＳ分離合成素子１６との間に光軸１０に沿って第１の光源１１の側から順に配置されたフライアイレンズ部１３、偏光変換素子１４およびコンデンサレンズ１５を備えている。第１の光学系１はまた、第２の光源２１とＰＳ分離合成素子１６との間に光軸２０に沿って第２の光源２１の側から順に配置された、コリメータレンズ２２、フライアイレンズ部２３、偏光変換素子２４およびコンデンサレンズ２５を備えている。第１の光学系１はさらに、光軸１０に沿ってＰＳ分離合成素子１６の後方に順次配置された偏光回転素子１７および偏光板１８を備えている。
ここで、第１の光学系１が本発明における「照明光学系」の一具体例に対応する。また、偏光変換素子１４、２４、ＰＳ分離合成素子１６、偏光回転素子１７および偏光板１８からなる光学系が、全体として、本発明における「置換光学系」の一具体例に対応する。さらに、偏光変換素子１４が本発明における「第１の偏光変換手段」の一具体例に対応し、偏光変換素子２４が本発明における「第２の偏光変換手段」の一具体例に対応し、ＰＳ分離合成素子１６が本発明における「光合成素子」の一具体例に対応し、偏光回転素子１７が本発明における「偏光回転素子」の一具体例に対応し、偏光板１８が本発明における「偏光素子」の一具体例に対応する。
第１の光源１１は、発光体１１Ａと、回転対称な凹面鏡１１Ｂとを含んで構成される。発光体１１Ａとしては、可視光の全波長領域に亘って連続な発光スペクトルを有する、例えば、超高圧水銀ランプが用いられる。この他に、メタルハライド系のランプを用いてもよい。凹面鏡１１Ｂはできるだけ集光効率の高い形状であることが望ましく、例えば、回転楕円面鏡が望ましい。第２の光源２１は、第１の光源１１の発光スペクトルとは異なる発光スペクトルを有するもので、特定波長帯すなわち、赤色波長帯Ｗ（例えば、６２０ｎｍ〜７００ｎｍであり、より好ましくは６２５ｎｍ〜６４５ｎｍ）にピークを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）または赤色レーザが用いられる（後述する第８Ｂ図参照）。
コリメータレンズ２２は、第２の光源２１からの発散光束を光軸２０とほぼ平行な光束に変換する機能を有する。
フライアイレンズ部１３は、置換光学系の一部をなす偏光変換素子１４と第１の光源１１との間に第１の光源１１の側から順に配置された第１レンズアレイ１３１および第２レンズアレイ１３２から構成されており、本発明における「第１の均一化光学系」の一具体例に対応する。フライアイレンズ部２３は、置換光学系の他の一部をなす偏光変換素子２４と第２の光源２１との間に第２の光源２１の側から順に配置された第３レンズアレイ２３１および第４レンズアレイ２３２から構成されており、本発明における「第２の均一化光学系」の一具体例に対応する。これらのフライアイレンズ部１３，２３は、第１および第２の光源１１，２１からそれぞれ射出した光束を拡散させ、後述する液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ（以下、適宜これらを総称して、「液晶パネル４０」という。）における面内照度分布を均一化するためのインテグレータとして機能する。なお、フライアイレンズ部１３については後に詳述する。
偏光変換素子１４は、第１の光源１１からの光束を、第１の偏光方向に偏光した第１の直線偏光光束（Ｐ偏光光束）に変換し、偏光変換素子２４は、第２の光源２１からの光束を、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向に偏光した第２の直線偏光光束（Ｓ偏光光束）に変換する機能を有する。ここでＰ偏光光束とは、着目している試料面に入射する光の電気ベクトルの振動方向が入射面（光線入射位置に立てた法線と入射光線とを含む面）内に含まれる直線偏光光束をいい、Ｓ偏光光束とは、電気ベクトルの振動方向が入射面と直交する面内にある直線偏光光束をいう。なお、偏光変換素子１４，２４の詳細については後述する。
コンデンサレンズ１５，２５は、偏光変換素子１４，２４から射出された複数の小光束をそれぞれ集光するためのものである。なお、このコンデンサレンズ１５，２５は、ＰＳ分離合成素子１６の射出側に配置されるようにしてもよい。
ＰＳ分離合成素子１６は、第１の直線偏光光束と第２の直線偏光光束とを低損失で合成するためのもので、偏光分離合成膜が形成された分離合成面１６Ａを挟んで２つのプリズムを貼り合わせて構成されている。このＰＳ分離合成素子１６は、Ｐ偏光光束である第１の直線偏光光束をほとんど損失なく透過させると共に、Ｓ偏光光束である第２の直線偏光光束を分離合成面１６Ａでほとんど損失なく反射させるように機能する。
偏光回転素子１７は、入射光束のうち、上記した特定波長帯（赤色波長帯Ｗ）の光についてのみ偏光方向を９０度変化させ、それ以外の波長帯の光はそのまま通過させるという波長選択性を有する偏光回転素子である。したがって、第１の光源１１から偏光回転素子１７に入射した第１の直線偏光光束については、上記した特定波長帯の光についてのみ偏光方向が選択的に第１の偏光方向（Ｐ偏光方向）から第２の偏光方向（Ｓ偏光方向）へと回転させられる。
一方、第２の光源２１から偏光回転素子１７に入射した第２の直線偏光光束については、上記した特定波長帯の光についてのみ偏光方向が選択的に第２の偏光方向（Ｓ偏光方向）から第１の偏光方向（Ｐ偏光方向）へと回転させられる。ここで、上記した特定波長帯が、第２の光源２１の発光スペクトル帯とほぼ等しい赤色波長帯（例えば、６２０ｎｍ〜７００ｎｍ）であるように構成すると、第２の光源２１からの第２の直線偏光光束については、そのすべての波長成分の偏光方向がＰ偏光方向へと回転する。
なお、このような波長選択性を有する偏光回転素子１７としては、例えば、カラーリンク社の「Ｃｏｌｏｒ  Ｓｅｌｅｃｔ」を用いることができる。
偏光板１８は、偏光回転素子１７から射出した直線偏光光束のうち、第１の偏光方向（Ｐ偏光方向）の直線偏光光束のみを通過させるようになっている。この点については後述する。
第２の光学系２は、偏光板１８の後方の光軸１０に沿って所定間隔を隔てて順次設けられたダイクロイックミラー３６Ｒ，３６Ｇと、ダイクロイックミラー３６Ｇの後方の光軸１０上に配置された反射ミラー３７Ａと、この反射ミラー３７Ａの中心を通り光軸１０と直交する軸上に配置された反射ミラー３７Ｂと、ダイクロイックミラー３６Ｒの中心を通り光軸１０と直交する軸上に配置された反射ミラー３７Ｃとを備えている。
ダイクロイックミラー３６Ｒ，３６Ｇは、偏光板１８から射出された白色光束から、色表示の基本となるＲ（赤），Ｇ（緑）の各色成分光をそれぞれ色分離して入射方向と直交する方向に反射する機能を有する。反射ミラー３７Ａは、ダイクロイックミラー３６Ｒ，３６Ｇを通過することにより赤色，緑色成分を分離された残りの色成分である青色成分光を入射方向と直交する方向に反射し、反射ミラー３７Ｂは、反射ミラー３７Ａで反射された青色成分光をさらに入射方向と直交する方向に反射するようになっている。反射ミラー３７Ｃは、ダイクロイックミラー３６Ｒで分離反射された赤色成分光を入射方向と直交する方向に反射するためのものである。
第２の光学系２はまた、反射ミラー３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃでの各反射光の進行方向にそれぞれ配置されたコンデンサレンズ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂと、コンデンサレンズ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂの各射出側にそれぞれ配置された液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂとを備えている。コンデンサレンズ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂは、ダイクロイックミラー３６Ｒ，３６Ｇで色分解された赤，緑，青の各色成分光を集光するためのもので、それぞれの入射側には、入射光をより完全なる直線偏光に変換するための偏光フィルタ（図示せず）が設けられている。液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂは、コンデンサレンズ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂを通過した各色成分光の偏光方向をそれぞれ表示する画像に応じて画素ドットごとに変調する機能を有する。ここで、液晶パネル４０が本発明における「空間変調素子」の一具体例に対応する。
第２の光学系２はさらに、ダイクロイックミラー３６Ｇおよび液晶パネル４０Ｇの各中心を通る軸と液晶パネル４０Ｒ，４０Ｂの各中心を通る軸とが交差する位置に配置された色合成用ダイクロイックプリズム４２と、色合成用ダイクロイックプリズム４２の射出側（すなわち、ダイクロイックミラー３６Ｇおよび液晶パネル４０Ｇの各中心を通る軸上であって液晶パネル４０Ｇと反対側）に配置された投影レンズ４３とを備えている。色合成用ダイクロイックプリズム４２は、液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを通過した各色成分光を色合成して射出し、投影レンズ４３は、色合成用ダイクロイックプリズム４２から射出した合成光を集光してスクリーン３１に投影するようになっている。
なお、ダイクロイックミラー３６Ｇと反射ミラー３７Ａとの間にはコンデンサレンズ３２が配置され、さらに、反射ミラー３７Ａと反射ミラー３７Ｂとの間にはコンデンサレンズ３３が配置されている。これらのコンデンサレンズ３２，３３は、青色成分光に対応する液晶パネル４０Ｂまでの光路長が赤色及び緑色成分光の場合よりも長く拡散しやすいことを考慮して設けられたもので、これにより青色成分光がさらに集束される結果、青色成分光の強度が低下するのを防止することができる。
次に、第２図ないし第４図を参照して、フライアイレンズ部１３および偏光変換素子１４の構成についてより詳細に説明する。ここで、第２図は第１図におけるフライアイレンズ部１３および偏光変換素子１４の全体を光軸１０を通り紙面に垂直な面で切断したときの断面構造を示し、第３図は第２図に示した偏光変換素子１４の断面構造の一部を拡大して示し、さらに第４図はフライアイレンズ部１３および偏光変換素子１４の概略斜視外観を示すものである。なお、第２図および第３図では、光線経路を示す線との錯綜を避けるため断面ハッチングを省略している。また、第４図では、コンデンサレンズ１５以降コンデンサレンズ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂまでの構成要素については図示を省略する。
第２図および第４図に示したように、フライアイレンズ部１３の一部をなす第１レンズアレイ１３１は、光軸１０に垂直な面に沿って多数の微小なレンズ要素（マイクロレンズ）を二次元的に配列して構成され、第１の光源１１からのほぼ平行な光束を各レンズ要素によって複数の小光束に分割してそれぞれ集光するようになっている。この第１レンズアレイ１３１の各レンズ要素の形状は液晶パネル４０の形状と相似形となっており、両者は像共役の関係にある。
フライアイレンズ部１３の他の一部をなす第２レンズアレイ１３２は、第１レンズアレイ１３１の各レンズ要素にそれぞれ対応して二次元的に配列された複数のレンズ要素を含んで構成されている。第２レンズアレイ１３２の各レンズ要素は、第１レンズアレイ１３１における対応するレンズ要素から入射された小光束を互いに重ね合わせるようにしてそれぞれ射出するようになっている。第２レンズアレイ１３２の各レンズ要素からそれぞれ射出された小光束は、コンデンサレンズ１５によって液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの面上にそれぞれ集光され、そこで互いに重畳されるようになっている。
フライアイレンズ部１３の後方に配置された偏光変換素子１４は、ＰＳ分離プリズムアレイ１４１と位相板１４２とを含んで構成されている。ＰＳ分離プリズムアレイ１４１は、正方形断面を有する短冊状のＰＳ分離プリズム１４１Ａおよび反射プリズム１４１Ｂ（第３図参照）を交互に配列して構成されている。ＰＳ分離プリズム１４１Ａおよび反射プリズム１４１Ｂは、第１および第２レンズアレイ１３１，１３２の各レンズ要素の幅の半分の幅となるように形成されている。
ＰＳ分離プリズム１４１Ａは、４５度の底角を有する２つの三角プリズムの斜面同士を接合して構成されたものであり、その接合面は、ＰＳ分離膜が形成されたＰＳ分離面１４１Ｃとなっている。ＰＳ分離プリズム１４１Ａは、その中心が第１および第２レンズアレイ１３１，１３２のレンズ要素の光軸１４５上に位置するように配置されている。第２レンズアレイ１３２から射出したＰＳ偏光混合光束（Ｐ＋Ｓ）は、ＰＳ分離面１４１Ｃ上のほぼ中央で焦点を結び、ここで、そのまま入射方向と同方向に進むＰ偏光光束Ｐ１と、入射方向に直交する方向に進むＳ偏光光束Ｓとに分離されるようになっている。
反射プリズム１４１Ｂは、ＰＳ分離プリズム１４１Ａを構成する三角プリズムと同形状の２つの三角プリズムの斜面同士を接合して構成されたもので、その接合面は、反射膜が形成された反射面１４１Ｄとなっている。反射プリズム１４１Ｂは、その中心が第１および第２レンズアレイ１３１，１３２におけるそれぞれ互いに隣接するレンズ要素の間の部分に対応する位置となるように配置されている。反射プリズム１４１Ｂの反射面１４１Ｄは、ＰＳ分離プリズム１４１ＡのＰＳ分離面１４１Ｃで反射されてきたＳ偏光光束Ｓを、その偏光方向を保ったまま入射方向と直交する方向に反射する。これにより、反射プリズム１４１Ｂから射出する主光線１４６は、入射光速の主光線である光軸１４５の方向（すなわち、第１図の光軸１０の方向）と平行となる。なお、ＰＳ分離プリズムアレイ１４１は、必ずしも正方形断面を有する短冊状の接合プリズムを配列して構成する必要はなく、同一の形状およびサイズを有する斜方体プリズムを配列して構成するようにしてもよい。
位相板１４２は、各反射プリズム１４１Ｂの射出面のサイズとほぼ同サイズの板形状を有し、各反射プリズム１４１Ｂの射出面に近接あるいは密着して配置されている。位相板１４２は、２分の１波長板とも呼ばれ、例えば、白雲母や複屈折現象を呈する合成樹脂等によって構成される。位相板１４２は、入射光束における互いに直交する電気ベクトル成分間に入射光束波長の２分の１の位相差を生じさせる。これにより、位相板１４２に入射したＳ偏光光束Ｓは、その偏光方向が９０度変化し、Ｐ偏光光束Ｐ２として射出されるようになっている。
結局、偏光変換素子１４に入射したＰＳ偏光混合光束（Ｐ＋Ｓ）は、そのほぼすべてがＰ偏光光束Ｐ１，Ｐ２に変換されて射出されるので、Ｓ偏光成分を除去してＰ偏光のみを通過させる通常の偏光フィルタに比べて、変換時のエネルギー損失は極めて少ない。
次に、第５図および第６図を参照して、フライアイレンズ部２３および偏光変換素子２４の構成について説明する。ここで、第５図は第１図におけるフライアイレンズ部２３および偏光変換素子２４の全体を光軸２０を通り紙面に垂直な面で切断したときの断面構造を示し、第６図は第５図に示した偏光変換素子２４の断面構造の一部を拡大して示すものである。なお、第５図および第６図では、光線経路を示す線との錯綜を避けるため断面ハッチングを省略している。
第５図および第６図に示したように、フライアイレンズ部２３および偏光変換素子２４の構成は第２図および第３図に示したフライアイレンズ部１３および偏光変換素子１４の構成とほぼ同一である。但し、偏光変換素子１４から射出する光束がＰ偏光光束であるのに対し、偏光変換素子２４から射出する光束はＳ偏光光束Ｓである点が異なる。
フライアイレンズ部２３の一部を構成する第３レンズアレイ２３１は、多数の微小なレンズ要素を二次元的に配列して構成され、コリメータレンズ２２からのほぼ平行な光束を各レンズ要素によって複数の小光束に分割してそれぞれ集光するようになっている。この第３レンズアレイ２３１の各レンズ要素の形状は液晶パネル４０の形状と相似形となっており、両者は像共役の関係にある。
フライアイレンズ部２３の他の一部を構成する第４レンズアレイ２３２は、第３レンズアレイ２３１の各レンズ要素にそれぞれ対応して二次元的に配列された複数のレンズ要素を含んで構成されている。第４レンズアレイ２３２の各レンズ要素は、第３レンズアレイ２３１における対応するレンズ要素から入射された小光束を互いに重ね合わせるようにしてそれぞれ射出するようになっている。第４レンズアレイ２３２の各レンズ要素からそれぞれ射出された小光束は、コンデンサレンズ２５によって液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの面上にそれぞれ集光され、そこで互いに重畳されるようになっている。
フライアイレンズ部１３の後方に配置された偏光変換素子２４は、ＰＳ分離プリズムアレイ２４１と位相板２４２とを含んで構成されている。ＰＳ分離プリズムアレイ２４１は、正方形断面を有する短冊状のＰＳ分離プリズム２４１Ａおよび反射プリズム２４１Ｂ（第６図参照）を交互に配列して構成されている。ＰＳ分離プリズム２４１Ａおよび反射プリズム２４１Ｂは、第３および第４レンズアレイ２３１，２３２の各レンズ要素の幅の半分の幅となるように形成されている。
ＰＳ分離プリズム２４１Ａは、４５度の底角を有する２つの三角プリズムの斜面同士を接合して構成されたものであり、その接合面は、ＰＳ分離膜が形成されたＰＳ分離面２４１Ｃとなっている。ＰＳ分離プリズム２４１Ａは、その中心が第３および第４レンズアレイ２３１，２３２のレンズ要素の光軸２４５上に位置するように配置されている。第４レンズアレイ２３２から射出したＰＳ偏光混合光束（Ｐ＋Ｓ）は、ＰＳ分離面２４１Ｃ上のほぼ中央で焦点を結び、ここで、そのまま入射方向と同方向に進むＰ偏光光束Ｐと、入射方向と直交する方向に進むＳ偏光光束Ｓとに分離されるようになっている。
位相板２４２は、各ＰＳ分離プリズム２４１Ａの射出面のサイズとほぼ同サイズの板形状を有し、各ＰＳ分離プリズム２４１Ａの射出面に近接あるいは密着して配置されている。位相板２４２に入射したＰ偏光光束は、その偏光方向が９０度変化し、Ｓ偏光光束Ｓ１として射出されるようになっている。
反射プリズム２４１Ｂは、ＰＳ分離面２４１Ｃで反射されたＳ偏光光束Ｓを、その偏光方向を保ちながらさらに反射面２４１Ｄによって入射方向と直交する方向に反射するようになっている。これにより、反射プリズム２４１Ｂから射出するＳ偏光光束Ｓ２の主光線２４６は、入射光束の主光線である光軸２４５の方向（すなわち、第１図の光軸２０の方向）と平行となる。
次に、本実施の形態にかかる液晶表示装置の動作および作用を説明する。
まず、第１図を参照して、本実施の形態の表示装置全体の動作を説明する。
第１の光学系１では、第１の光源１１から射出した光束Ｌ１が、フライアイレンズ部１３、偏光変換素子１４、コンデンサレンズ１５、ＰＳ分離合成素子１６、偏光回転素子１７および偏光板１８を順に経て後続の第２の光学系２に向かう。一方、第２の光源２１から射出した光束Ｌ２が、コリメータレンズ２２、フライアイレンズ部２３、偏光変換素子２４、コンデンサレンズ２５、ＰＳ分離合成素子１６、偏光回転素子１７および偏光板１８を順に経て後続の第２の光学系２に向かう。この場合、偏光板１８を通過した光束Ｌ１およびＬ２は混合光束（Ｌ１＋Ｌ２）となる。なお、第１の光学系１の作用については、後に詳述する。
第１の光学系１の偏光板１８を通過した混合光束（Ｌ１＋Ｌ２）は、第２の光学系２のダイクロイックミラー３６Ｒ，３６Ｇ（第１図）に順次入射する。ダイクロイックミラー３６Ｒは、混合光束（Ｌ１＋Ｌ２）から赤色成分光を分離して入射方向と直交する方向に反射する。ダイクロイックミラー３６Ｇはダイクロイックミラー３６Ｒを通過した混合光束（Ｌ１＋Ｌ２）から緑色成分光を分離して入射方向と直交する方向に反射する。ダイクロイックミラー３６Ｇを通過した青色成分光は、コンデンサレンズ３２を経て反射ミラー３７Ａによって入射方向と直交する方向に反射される。
ダイクロイックミラー３６Ｒで反射された赤色成分光は反射ミラー３７Ｃによって入射方向と直交する方向に反射されたのち、コンデンサレンズ３８Ｒを通過して液晶パネル４０Ｒに入射する。ダイクロイックミラー３６Ｇで反射された緑色成分光は、コンデンサレンズ３８Ｇを通過して液晶パネル４０Ｇに入射する。反射ミラー３７Ａで反射された青色成分光は、さらに、コンデンサレンズ３３を通過し、反射ミラー３７Ｂによって入射方向と直交する方向に反射され，コンデンサレンズ３８Ｂを通過したのち液晶パネル４０Ｂに入射する。
液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂは、それぞれ、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色成分光の偏光方向をカラー画像信号に応じて変化させて射出する。液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂからそれぞれ射出された各色成分光は、図示しない偏光板による強度変調を受けたのち色合成用ダイクロイックプリズム４２に各色ごとに別々の側面から入射する。色合成用ダイクロイックプリズム４２において、赤色成分光と緑色成分光と青色成分光とが合成されて射出され、投影レンズ４３によってスクリーン３１上に投影される。
なお、上記したように第１および第３レンズアレイ１３１，２３１の各レンズ要素の形状は液晶パネル４０の形状と相似形をなしており、両者は像共役の関係にある。このため、第２図および第５図に示したように、第１および第３レンズアレイ１３１，２３１の各レンズ要素を通った各小光束は液晶パネル４０上にそれぞれ拡大投影され、ここですべて重畳される。これにより、第１および第３レンズアレイ１３１，２３１に入射する前の段階では光束断面内強度分布が不均一であったとしても、液晶パネル４０上における照度分布は十分均一なものとなる。
次に、第１図〜第８Ｃ図を参照して、本実施の形態の照明光学系としての第１の光学系１における作用についてより詳細に説明する。第７Ａ図および第７Ｂ図は、ＰＳ分離合成素子１６，偏光回転素子１７および偏光板１８を通過する際の光束Ｌ１および光束Ｌ２の偏光方向を示す概略断面図である。第８Ａ図〜第８Ｃ図は、本実施の形態の照明光学系における所定の位置での発光スペクトルの概略図である。なお、第１図，第３図，第５図，第７Ａ図および第７Ｂ図では、Ｐ偏光の偏光方向（紙面内）を「両端矢印」で示し、Ｓ偏光の偏光方向（紙面に垂直）を「●」で示す。
まず、第１図〜第６図を参照して、第１の光源１１からＰＳ分離合成素子１６に至るまでの作用と、第２の光源２１からＰＳ分離合成素子１６に至るまでの作用とについて説明する。
第１の光源１１は、光軸１０に対してほぼ平行な光束Ｌ１を射出する。光束Ｌ１は、ＰおよびＳ偏光成分を含むＰＳ偏光混合光束であり、フライアイレンズ部１３の第１レンズアレイ１３１に入射し、各レンズ要素によって複数の小光束に分割される（第２図参照）。これら各小光束は、第２レンズアレイ１３２における対応する各レンズ要素の中央近傍を通過し、集束しながら偏光変換素子１４に入射する。偏光変換素子１４では、ＰＳ偏光混合光束であった光束Ｌ１がほぼすべてＰ偏光光束に変換され、発散しながらコンデンサレンズ１５に入射する（第３図参照）。偏光変換素子１４を通過したＰ偏光光束は、コンデンサレンズ１５によってほぼテレセントリックな光束に変換され、ＰＳ分離合成素子１６に入射する。
第２の光源２１から射出した光束Ｌ２は、発散しながらコリメータレンズ２２に入射する。コリメータレンズ２２は、光束Ｌ２を光軸２０に対してほぼ平行な光束に変換して射出する。光束Ｌ２は、ＰおよびＳ偏光成分を含むＰＳ偏光混合光束であり、フライアイレンズ部２３の第３レンズアレイ２３１に入射し、各レンズ要素によって複数の小光束Ｌ２Ａに分割される（第５図参照）。これら各小光束Ｌ２は、第４レンズアレイ２３２における対応する各レンズ要素の中央近傍を通過し、集束しながら偏光変換素子２４に入射する。偏光変換素子２４では、ＰＳ偏光混合光束であった光束Ｌ２がほぼすべてＳ偏光光束に変換され、発散しながらコンデンサレンズ２５に入射する（第６図参照）。偏光変換素子２４を通過したＰ偏光光束は、コンデンサレンズ２５によってほぼテレセントリックな光束に変換され、ＰＳ分離合成素子１６に入射する。
次に、第７Ａ図〜第８Ｃ図を参照して、本発明の特徴部分であるＰＳ分離合成素子１６，偏光回転素子１７および偏光板１８の作用を詳細に説明する。
第７Ａ図は光束Ｌ１の偏光方向を示し、第７Ｂ図は光束Ｌ２の偏光方向を示す。
第７Ａ図に示したように、ＰＳ分離合成素子１６に入射する光束Ｌ１はほぼすべてがＰ偏光光束である。光束Ｌ１のうちのＰ偏光光束は、ほとんど損失することなく分離合成面１６Ａをそのまま透過し、ＰＳ分離合成素子１６から射出したのち偏光回転素子１７に入射する。なお、ＰＳ分離合成素子１６に入射する光束Ｌ１のうちのわずかなＳ偏光光束は、分離合成面１６Ａにおいて、入射方向に直交する方向（すなわち、光軸１０と直交する方向）に反射され、除去される。偏光回転素子１７では、６２０ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯に相当する赤色成分光のみ選択的に偏光方向が９０度回転する。よって、偏光回転素子１７を射出した光束Ｌ１は、赤色成分光であるＳ偏光光束と、赤色以外の成分光であるＰ偏光光束とが混合したＰＳ偏光混合光束となる。ところが、偏光板１８によってＳ偏光光束は遮断されるため、偏光板１８を通過した光束Ｌ１はＰ偏光光束となる。すなわち、第１の光源１１から射出した光束Ｌ１は、赤色成分光が除去されたＰ偏光光束となる。
一方、第７Ｂ図に示したように、ＰＳ分離合成素子１６に入射する光束Ｌ２はほぼすべてがＳ偏光光束である。光束Ｌ２のうちのＳ偏光光束は、ほとんど損失することなく分離合成面１６Ａにおいて入射方向に直交する方向（すなわち、光軸１０に平行な方向）に反射し、ＰＳ分離合成素子１６から射出したのち偏光回転素子１７に入射する。なお、ＰＳ分離合成素子１６に入射する光束Ｌ２のうちのわずかなＰ偏光光束は、分離合成面１６Ａをそのまま透過し、除去される。偏光回転素子１７では、６２０ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯に相当する赤色成分光の偏光方向が９０度回転する。このため、偏光回転素子１７を射出した光束Ｌ２のほとんどすべてがＰ偏光光束となり、後続の偏光板１８をそのまま透過する。すなわち、第２の光源２１から射出した光束Ｌ２は、赤色成分光からなるＰ偏光光束となる。
第８Ａ図〜第８Ｃ図に示した発光スペクトルは、横軸が波長を示し、縦軸が発光強度を示す。第８Ａ図は第１の光源１１からの光束Ｌ１の波長スペクトルを示し、第８Ｂ図は第２の光源２１からの光束Ｌ２の波長スペクトルを示し、さらに第８Ｃ図は、偏光板１８を通過後の光束Ｌ１と光束Ｌ２との混合光束（Ｌ１＋Ｌ２）における波長スペクトルを示す。第８Ａ図〜第８Ｃ図では、波長帯Ｗで示した範囲が６２０ｎｍ〜７００ｎｍに相当する。
第８Ａ図に示したように、第１の光源１１からの光束Ｌ１の波長スペクトルは赤色波長帯Ｗの発光強度が相対的に低く、赤色成分光が不足している。これに対し第２の光源２１からの光束Ｌ２の波長スペクトルは、第８Ｂ図に示したように赤色波長帯Ｗに発光強度ピークを有する赤色成分光である。そして、第８Ｃ図に示したように、偏光板１８を通過後の光束Ｌ１と光束Ｌ２との混合光束（Ｌ１＋Ｌ２）における波長スペクトルは、第８Ａ図の赤色波長帯Ｗにおける波長スペクトルを、第８Ｂ図の赤色波長帯Ｗにおける波長スペクトルと入れ替えた形状を呈している。すなわち、第１の光源１１からの光束Ｌ１に不足していた赤色成分光を、第２の光源２１からの十分な強度の光束Ｌ２に置き換えることにより、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色成分光の良好な強度バランスを保っている。
以上、説明したように、本実施の形態の照明光学系および液晶表示装置によれば、超高圧水銀ランプからなる第１の光源１１における赤色成分光に対応する赤色波長帯Ｗの波長スペクトルを、赤色ＬＥＤからなる第２の光源２１における赤色波長帯Ｗの波長スペクトルと置換するようにしたので、Ｇ（緑）色およびＢ（青）色の成分光を絞ることなくＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色成分光の良好な強度バランスが得られ、良好な演色性を発揮することができる。
特に、ＰＳ分離合成素子１６において光束Ｌ１と光束Ｌ２とを合波したのち、同一の偏光回転素子１７を用いて特定波長帯での偏光方向回転を行うようにしたので、光束Ｌ１のうちの除去される波長帯と、置き換えられる光束Ｌ２の波長帯とが完全に一致する。このため、所望の波長帯の置き換えを正確かつ容易に行うことができる。
また、赤色波長帯Ｗに十分に強いピークを有するようにすることができるので、例えば、５８０ｎｍ付近の波長帯における黄色光あるいは橙色光成分のピークが演色性に及ぼす悪影響は、実用上、問題とならない程度にまで軽減される。
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、種々変形可能である。例えば、本実施の形態では、第１および第２の光源１１，２１の側から順にフライアイレンズ部１３，２３と偏光変換群１４，１５とを配置するようにしたが、この順序は特に限定されるものではない。この場合、逆であっても構わないし、フライアイレンズ部１３，２３が無くともよい。
また、本実施の形態では、空間変調素子として液晶パネル４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを用いた場合について説明したが、これに限定されず、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）のような画素が微小ミラーで構成された素子を用いても良い。
また、本実施の形態では、偏光回転素子１７を、入射光束のうち、上記した特定波長帯（赤色波長帯Ｗ）の光についてのみ偏光方向を９０度変化させ、それ以外の波長帯の光はそのまま通過させるという波長選択性を有する偏光回転素子とし、偏光板１８により、偏光回転素子１７から射出した直線偏光光束のうち、第１の偏光方向（Ｐ偏光方向）の直線偏光光束のみを通過させるように構成した場合について説明したが、逆に、第９Ａ図および第９Ｂ図に示したように、偏光回転素子１７０を、入射光束のうち、上記した特定波長帯（赤色波長帯Ｗ）の光はそのまま通過させ、それ以外の波長帯の光についてのみ偏光方向を９０度変化させる波長選択性を有する偏光回転素子とし、偏光板１８０により、偏光回転素子１７０から射出した直線偏光光束のうち、第２の偏光方向（Ｓ偏光方向）の直線偏光光束のみを通過させるように構成してもよい。これにより第１の偏光方向（Ｐ偏光方向）だけでなく、偏光板１８０の出力として第２の偏光方向（Ｓ偏光方向）の直線偏光光束を照明光として利用することができる。
また、本実施の形態では、特定波長帯が赤色波長帯Ｗであり、第１の光源１１として赤色成分光の不足した超高圧水銀ランプを用い、第２の光源２１として赤色成分を多く含んだ赤色ＬＥＤを用いて、赤色成分光の置換を行う例について説明したが、これに限定されず、他の色成分光の置換を行うようにしてもよい。例えば、第１の光源１１として青色成分光の不足したランプを用いた場合には、第２の光源２１として青色ＬＥＤ等を用いるようにしてもよい。その場合、偏光回転素子１７の波長選択範囲を所望の範囲（この例では、青色波長帯に対応する範囲）に設定すればよい。第１の光源１１および第２の光源２１は、共に他の種類の光源でもよい。さらに、偏光変換素子１４，２４は、単なる偏光フィルタであってもよい。
さらに、赤色波長帯に加え、上述の特定波長帯が５８０ｎｍ付近の波長帯における黄色光あるいは橙色光成分のピークの波長帯の一部または全部を含むようにして、光束Ｌ１のうち、上記赤色波長帯を光束Ｌ２で置き換えると共に、黄色光あるいは橙色光成分の波長帯の一部または全部の光を除去するようにしてもよい。
以上説明したように、本発明の照明光学系または画像表示装置によれば、第１の光源と、第１の光源の発光スペクトルとは異なる発光スペクトルを有する第２の光源と、第１の光源からの光束のうちの特定波長帯の光を、第２の光源からの光束によって置き換える置換光学系とを備えるようにしたので、第１の光源からの光束における光強度の弱い特定波長帯の光を、十分な強度の第２の光源からの光束に置き換えることができる。よって、必要以上に照度を低下させることなくホワイトバランスを図ることができ、優れた演色性を発揮することができる。
また、本発明の照明光学系によれば、第２の光源からの光束が、特定波長帯に強度ピークを有することにより、より高い照度を確保しつつ、優れた演色性を発揮することができる。
また、本発明の照明光学系によれば、第１の光源からの光束を、第１の偏光方向に偏光した第１の直線偏光光束に変換する第１の偏光変換素子と、第２の光源からの光束を、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向に偏光した第２の直線偏光光束に変換する第２の偏光変換素子と、第１の直線偏光光束と第２の直線偏光光束とを合成する光合成素子と、第１の偏光変換素子から射出した光束のうち特定波長帯の光についてのみ選択的に偏光方向を第１の偏光方向から第２の偏光方向へと回転させると共に、第２の偏光変換素子から射出した光束の偏光方向を第２の偏光方向から第１の偏光方向へと回転させる偏光回転素子と、偏光回転素子から射出した光束のうち、第１の偏光方向の直線偏光光束のみを通過させる偏光素子とを含むようにすることにより、光束のうちの除去される波長帯と、置き換えられる光束の波長帯とが完全に一致する。このため、容易に、かつ、精度よく所望の波長帯の置換を行うことができ、第１の光源からの光強度を損なうことなく優れた演色性を発揮することができる。
さらに、本発明の照明光学系によれば、第１の光源と置換光学系との間に、光強度分布を均一化するための第１の均一化光学系を備えることにより、最終的に得られる投影画像における照度分布をより均一なものとすることができる。
さらに、本発明の照明光学系によれば、第２の光源と置換光学系との間に、光強度分布を均一化するための第２の均一化光学系を備えることにより、最終的に得られる投影画像における照度分布をより均一なものとすることができる。
また、本発明の照明光学系によれば、特定波長帯が赤色波長帯であり、かつ、第２の光源が赤色波長帯に光強度分布を示す発光ダイオードまたは赤色レーザであることにより、第１の光源として超高圧水銀ランプ等の赤色成分光の不足した光源を用いた場合に第２の光源の赤色成分光を置換することができる。特に、第２の光源では赤色波長帯にピークがあるので、黄色成分光あるいは橙色成分光等のＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）以外の色の成分光ピークを含んでいてもそれら不要な成分光に悪影響されず、優れた演色性を発揮することができる。
また、本発明の空間変調素子の照明方法によれば、第１の光源から光束を射出させ、第１の光源の発光スペクトルとは異なる発光スペクトルを有する第２の光源から光束を射出させ、第１の光源からの光束のうちの一部の特定波長帯の光を第２の光源からの光束によって置き換え、特定波長帯が第２の光源からの光束によって置き換えられた状態の第１の光源からの光束を空間変調素子に導くようにした。これにより第１の光源からの光束における光強度の弱い特定波長帯の光を第２の光源からの十分な強度の光束に置き換えることができる。よって必要以上に照度を低下させることなくホワイトバランスを図ることができ、優れた演色性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施の形態に係る投射型液晶表示装置の概略構成を表す平面図である。
第２図は、第１図の投射型液晶表示装置のフライアイレンズ部および偏光変換素子における光路を示す断面図である。
第３図は、第２図に示した偏光変換素子の断面構造の一部を拡大して示した図である。
第４図は、第１図の投射型液晶表示装置のフライアイレンズ部および偏光変換素子における光路を示す概略斜視図である。
第５図は、第１図の投射型液晶表示装置の他のフライアイレンズ部および他の偏光変換素子における光路を示す断面図である。
第６図は、第５図に示した偏光変換素子の断面構造の一部を拡大して示した図である。
第７Ａ図および第７Ｂ図は、第１図に示したＰＳ分離合成素子における入射光束の偏光方向を示す断面図である。
第８Ａ図〜第８Ｃ図は、第１図に示した投射型液晶表示装置を通過する光束の波長スペクトルを示す特性図である。
第９Ａ図および第９Ｂ図は、第７Ａ図および第７Ｂ図に示した偏光回転素子および偏光板について他の実施の形態を示す断面図である。
第１０図は、一般的な超高圧水銀ランプにおける発光スペクトルを示す特性図である。
【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１０】
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【国際調査報告】
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