(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、より小型な照明光学系およびこれを用いた画像表示装置を提供することである。【解決手段】  照明光学系が、光源１からの光束を複数の光束に分割するフライアイレンズ３と、フライアイレンズ３から出射する光束を再びフライアイレンズ３に入射させるミラー５と、フライアイレンズ３とミラー５との間に配置された１／４波長板４と、を備える。さらに照明光学系が、液晶パネル７とフライアイレンズ３との間に配置され、光源１からのＳ偏光光をフライアイレンズ３に導くとともに、フライアイレンズ３からのＰ偏光光を液晶パネル７に導くＰＢＳ２と、を備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を被照明面に導くための照明光学系であって、
前記光源からの光束を複数の光束に分割するレンズアレイと、
前記レンズアレイから出射する光束を再び前記レンズアレイに入射させる第１の光学素子と、
前記レンズアレイと前記第１の光学素子との間に配置された第１の位相板と、
前記被照明面と前記レンズアレイとの間に配置され、前記光源からの光束に含まれる第１の偏光方向の光束を前記レンズアレイに導くとともに、前記レンズアレイから出射する光束に含まれ、前記第１の偏光方向と偏光方向が異なる第２の偏光方向の光束を前記被照明面に導く第１の偏光素子と、を備える、
ことを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記第１の光学素子はミラーであって、
前記レンズアレイが備えるレンズセルの焦点距離をｆとし、
前記レンズセルの頂点から前記ミラーの反射面までの空気換算距離をｄとするとき、
１．８  ＜  ｆ／ｄ  ＜  ２．３
となる条件を満足する、
ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項３】
前記レンズアレイが備えるレンズセルの焦点距離をｆとし、
前記第１の偏光素子の偏光分離面の端部のうち前記レンズアレイに近い方の端部から、前記レンズセルの頂点までの距離をｃとするとき、
０．０２  ＜  ｃ／ｆ  ＜  ０．２
となる条件を満足する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学系。
【請求項４】
前記第１の位相板と異なる位置に設けられている第２の位相板と、
前記第１の偏光素子から出射する光束を前記レンズアレイに導くとともに、前記レンズアレイから出射する光束を前記被照明面に導く第２の偏光素子と、をさらに備え、
前記第２の位相板は、前記第１の位相板と特性が異なる、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項５】
前記第２の位相板は、前記第１の偏光素子と前記第２の偏光素子の間に設けられており、
前記第１の偏光素子と前記第２の偏光素子はともに、前記第１の偏光方向の光束を反射し、前記第２の偏光方向の光束を透過させる特性を備える、
ことを特徴とする請求項４に記載の照明光学系。
【請求項６】
前記第２の位相板は、前記第２の偏光素子と前記被照明面との間に設けられており、
前記第１の偏光素子は、前記第１の偏光方向の光束を反射し、前記第２の偏光方向の光束を透過させる特性を備え、
前記第２の偏光素子は、前記第１の偏光方向の光束を透過させ、前記第２の偏光方向の光束を反射する特性を備える、
ことを特徴とする請求項４に記載の照明光学系。
【請求項７】
前記光源からの光束は、互いに異なる位置に配置された第１の発光点と、第２の発光点から射出する複数の光束であり、
前記被照明面と前記レンズアレイとの間に配置されており、前記光源からの光束に含まれる第１の偏光方向の光束を前記レンズアレイに導くとともに、前記レンズアレイから出射する光束に含まれ、前記第１の偏光方向と偏光方向が異なる第２の偏光方向の光束を前記被照明面に導く第３の偏光素子と、
前記第３の光学素子から出射する光束を前記レンズアレイに導き、前記第１の光学素子から前記第１の位相板を介して前記レンズアレイへ導かれる光束を前記被照明面に導く第４の光学素子と、をさらに備え、
前記第３の偏光素子は、前記第２の偏光素子に隣り合うように配置されており、
前記第４の偏光素子は、前記第１の偏光素子に隣り合うように配置されており、
前記第１の発光点は、前記第１の発光点からの光束が前記第１の偏光素子に入射するように配置されており、
前記第２の発光点は、前記第２の発光点からの光束が前記第３の偏光素子または前記第４の偏光素子に入射するように配置されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項８】
前記第１の偏光素子の偏光分離面の法線と前記第１の偏光素子の偏光分離面に入射する光束の主光線とのなす角度をθ１とし、
前記第２の偏光素子の偏光分離面の法線と前記第２の偏光素子の偏光分離面に入射する光束の主光線とのなす角度をθ２とするとき、
４５°  ＜  θ１  ＝  θ２  ＜  ７０°
なる条件を満足する、
ことを特徴とする請求項４に記載の照明光学系。
【請求項９】
前記第２の偏光方向の光束を前記被照明面に導く第１の正レンズをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１０】
前記光源からの光束が入射する負レンズをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１１】
光源ユニットと、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の照明光学系と、
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
光変調素子と、
前記光源ユニットからの光束を波長ごとに分離するとともに、前記光変調素子からの光束を合成する色分離合成系と、
請求項１１に記載の照明装置と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系およびこれを用いたプロジェクターなどの画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液晶プロジェクターが均一な明るさの画像を投射するために、被照明面である液晶パネルを均一に照明することができる照明光学系が求められている。
【０００３】
このような照明光学系として、特許文献１及び特許文献２に記載された構成が知られている。
【０００４】
特許文献１では、第１のフライアイレンズの近傍に、プリズム型ＰＢＳとプリズム型ミラーで構成される偏光変換素子を設けることで、所定の方向の偏光光にそろえる技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２では、第２のフライアイレンズの近傍に、ＰＢＳアレイと１／２波長板アレイで構成される偏光変換素子を設けることで、所定の方向の偏光光にそろえる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０５３６４１号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２に記載されている構成は、第１のフライアイレンズと第２のフライアイレンズと、偏光変換素子を備える構成である。このような構成によって、均一な明るさで液晶パネルを照明することが可能である。
【０００８】
しかしながら、液晶プロジェクターには、均一な明るさの画像を投射することが可能であることだけではなく、利用者の利便性を考慮し、より小型であることも求められている。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、より小型な照明光学系およびこれを用いた画像表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の照明光学系は、
光源からの光束を被照明面に導くための照明光学系であって、
前記光源からの光束を複数の光束に分割するレンズアレイと、
前記光源からの光束に含まれる第１の偏光方向の光束を前記レンズアレイに導くとともに、前記第１の偏光方向の光束と偏光方向が異なる第２の偏光方向の光束を前記被照明面に導く第１の偏光素子と、
第１の位相板と、
第１の光学素子と、を備え、
前記第１の位相板は、前記レンズアレイと前記第１の光学素子との間に設けられ、
前記第１の光学素子は、前記レンズアレイから前記第１の位相板を介して前記第１の光学素子に入射する光束を、前記第１の光学素子から前記第１の位相板を介して前記レンズアレイに入射する方向に導くように構成される、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、より小型な照明光学系およびこれを用いた画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例で示す照明光学系を用いた画像表示装置の説明図
【図２】本発明の実施例１で示す照明光学系の説明図
【図３】フライアイレンズ３とミラー５の位置関係を説明する図
【図４】本発明の実施例２で示す照明光学系の説明図
【図５】本発明の実施例３で示す照明光学系の説明図
【図６】本発明の実施例４で示す照明光学系の説明図
【図７】本発明の実施例４で示す照明光学系の説明図
【図８】本発明の実施例４で示す照明光学系の説明図
【図９】本発明の実施例５で示す照明光学系の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、構成部品の相対配置などは、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨で規定されたものではない。
【００１４】
〔画像表示装置の構成の説明〕
図１は、後述の本発明の実施例で示す照明光学系を搭載した画像表示装置Ｍの構成を説明する図である。
【００１５】
発光管１００から全方向に射出した光束は、放物面鏡２００によって略平行光束となって射出され、照明光学系Ｌへ入射する。もちろん、完全な平行光束である必要はなく、使用に耐える範囲で若干発散していても収束していても構わない。
【００１６】
照明光学系Ｌには、後述の本発明の各実施例を適用することができる。
【００１７】
ダイクロイックミラー７００はＢ（青）とＲ（赤）の色光を反射し、Ｇ（緑）の色光を透過する特性を備える。
【００１８】
ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）８００は、Ｇの色光のうち、Ｐ偏光方向の光束を、Ｐ偏光方向の光束と偏光方向が異なるＳ偏光方向の光束と異なる方向に導く。具体的には、ＰＢＳ８００は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するＰＢＳである。
【００１９】
９００（９００Ｒ，９００Ｇ，９００Ｂ）はそれぞれ、Ｒの色光用の液晶パネル、Ｇの色光用の液晶パネル、Ｂの色光用の液晶パネルである。液晶パネル９００は、色光を変調し、変調光を出射する光変調素子である。本実施例において、液晶パネル９００は、反射型液晶素子である。
【００２０】
１／４波長板１０００（１０００Ｒ，１０００Ｇ，１０００Ｂ）はそれぞれ、Ｒの色光用の１／４波長板、Ｇの色光用の１／４波長板、Ｂの色光用の１／４波長板である。
【００２１】
１１００はＰ偏光を透過する入射側偏光板であり、１２００はＲの色光の偏光方向を９０度変換し、Ｂの色光の偏光方向は変換しない色選択性位相差板である。
【００２２】
ＰＢＳ１３００はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するＰＢＳ（第１の偏光素子）であり、偏光分離面１３００ａを有する。
【００２３】
１４００はＳ偏光を透過するＧの色光用の出側偏光板である。
【００２４】
合成プリズム１７００（光合成素子）は、Ｂ、Ｇの色光に対してはＢの色光を透過し、Ｇの色光を反射するダイクロイックミラーとして作用する。一方、Ｒの色光に対しては、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するＰＢＳとして作用する。すなわち、合成プリズム１７００は、Ｂの変調光と、Ｒの変調光と、Ｇの変調光とを合成する。
【００２５】
以上のダイクロイックミラー７００から合成プリズム１７００により、色分離合成系Ｃを構成している。
【００２６】
１８００は投射レンズ光学系であり、上記の照明光学系Ｌ，色分解合成光学系Ｃおよび投射レンズ光学系１８００により画像表示光学系を構成している。
【００２７】
以上が、画像表示装置Ｍの構成である。次に、照明光学系Ｌを通過した後の光学的な作用を説明する。まず、Ｇの光路について説明する。
【００２８】
ダイクロイックミラー７００を透過したＧの色光はＰＢＳ８００に入射して偏光分離面でＰ偏光の光が透過し、液晶パネル９００Ｇへと至る。液晶パネル９００Ｇにおいては、Ｇの色光が画像変調されて反射される。画像変調されたＧの反射光のうちＰ偏光成分は、再びＰＢＳ８００の偏光分離面を透過し、光源側に戻され、投射光から除去される。
【００２９】
一方、画像変調されたＧの反射光のうちＳ偏光成分は、ＰＢＳ８００の偏光分離面で反射され、Ｓ偏光を透過する出側偏光板１４００を透過し、投射光として合成プリズム１７００に向かう。
【００３０】
このとき、すべての偏光成分をＰ偏光に変換した状態である黒表示状態においては、１／４波長板１０００Ｇの進相軸または遅相軸がＰＢＳ８００への入射光の光軸と反射光の光軸を含む平面に略垂直な方向に調整する。なお、１／４波長板１０００Ｇは、ＰＢＳ８００と液晶パネル９００Ｇとの間に設けられている。これにより、ＰＢＳ８００と液晶パネル９００Ｇで発生する偏光状態の乱れの影響を抑制することができる。すなわち、１／４波長板１０００Ｇは、ＰＢＳ８００から出射するＧの色光の偏光方向を変換する位相板である。
【００３１】
一方、ダイクロイックミラー７００を反射したＲとＢの色光は、Ｐ偏光光を透過する入射側偏光板１１００に入射する。そしてＲとＢの色光は、入射側偏光板１１００から出射した後、色選択性位相差板１２００に入射する。色選択性位相差板１２００は、Ｒの色光のみ偏光方向を９０度回転させる作用を持っており、これによりＲの色光はＳ偏光として、Ｂの色光はＰ偏光としてＰＢＳ１３に入射する。
【００３２】
Ｓ偏光としてＰＢＳ１３００に入射したＲの色光は、ＰＢＳ１３００の偏光分離面で反射され、液晶パネル９００Ｒへと至る。また、Ｐ偏光としてＰＢＳ１３００に入射したＢの色光は、ＰＢＳ１３００の偏光分離面を透過して液晶パネル９Ｂへと至る。
【００３３】
液晶パネル９００Ｒに入射したＲの色光は画像変調されて反射される。画像変調されたＲの反射光のうちＳ偏光成分は、再びＰＢＳ１３００の偏光分離面で反射されて光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＲの反射光のうちＰ偏光成分はＰＢＳ１３００の偏光分離面を透過して投射光として合成プリズム１７００に向かう。
【００３４】
すなわち、ＰＢＳ１３００は、Ｂの色光及びＲの色光のうち、一方の色光を他方の色光と異なる方向に導く偏光素子である。
【００３５】
また、ＰＢＳ１３００を透過したＢの色光は、液晶パネル９Ｂに入射し、画像変調されて反射される。画像変調されたＢの反射光のうちＰ偏光成分は、再びＰＢＳ１３００の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＢの反射光のうちＳ偏光成分はＰＢＳ１３００の偏光分離面で反射して投射光として合成プリズム１７００に向かう。
【００３６】
このとき、１／４波長板１０００Ｒおよび１０００Ｂの進相軸または遅相軸をＧの色光の場合と同じように調整することにより、ＲおよびＢの色光それぞれの黒の表示の調整を行うことができる。なお、１／４波長板１０００Ｒおよび１０００Ｂは、ＰＢＳ１３００と液晶パネル９００Ｒおよび９００Ｂの間に設けられている。
【００３７】
すなわち、１／４波長板１０００Ｂは、ＰＢＳ１３００から出射するＢの色光の偏光方向を変換し、１／４波長板１０００Ｒは、ＰＢＳ１３００から出射するＲの色光の偏光方向を変換する位相板である。
【００３８】
こうして１つの光束に合成され、ＰＢＳ１３００から出射したＲとＢの色光は、合成プリズム１７００に入射する、合成プリズム１７００に入射したＲとＢの色光は合成プリズム１７００を透過し、Ｇの色光と合成されて投射レンズ光学系１８００に至る。
【００３９】
そして、合成されたＲ，Ｇ，Ｂの投射光は、投射レンズ光学系１８００によってスクリーンなどの被投射面に拡大投影される。
【００４０】
以上説明した光路は液晶パネル９が白表示を行う場合である。以下に液晶パネル９００が黒表示を行う場合での光路を説明する。
【００４１】
ダイクロイックミラー７００を透過したＧの色光のＰ偏光はＰＢＳ８００に入射して偏光分離面を透過し、Ｇ用の反射型液晶表示素子９００Ｇへと至る。液晶パネル９００Ｇが黒表示を行う場合、Ｇの色光は画像変調されないまま反射される。したがって、液晶パネル９００Ｇで反射された後もＧの色光はＰ偏光のままである為、再びＰＢＳ８００の偏光分離面を透過し、光源側に戻され、投射光から除去される。
【００４２】
次に、ＲとＢの色光の光路について説明する。
【００４３】
ダイクロイックミラー７００で反射されたＲとＢの色光は、Ｐ偏光を透過する入射側偏光板１１００に入射する。そしてＲとＢの色光は、入射側偏光板１１００から出射した後、色選択性位相差板１２００に入射する。色選択性位相差板１２００は、Ｒの色光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＲの色光はＳ偏光として、Ｂの色光はＳ偏光としてＰＢＳ１３００に入射する。Ｓ偏光としてＰＢＳ１３００に入射したＲの色光は、ＰＢＳ１３００の偏光分離面で反射され、液晶パネル９００Ｒへと至る。
【００４４】
Ｐ偏光としてＰＢＳ１３００に入射したＢの色光は、ＰＢＳ１３００の偏光分離面を透過して、液晶パネル９００Ｂへと至る。液晶パネル９００Ｒは黒表示の為、液晶パネル９００Ｒに入射したＲの色光は画像変調されないまま反射される。したがって、液晶パネル９００Ｒで反射された後もＲの色光はＳ偏光のままである為、再びＰＢＳ１３００の偏光分離面で反射され、色選択性位相差板１２００により、Ｐ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換されたＲの色光は、再び入射側偏光板１１００を通過して光源側に戻され、投射光から除去される為、黒表示となる。
【００４５】
一方、液晶パネル９００Ｂに入射したＢの色光は液晶パネル９００Ｂが黒表示の為、画像変調されないまま反射される。したがって、液晶パネル９００Ｂで反射された後もＢの色光はＰ偏光のままである為、再びＰＢＳ１３００の偏光分離面を透過し、入射側偏光板１１００を透過して光源側に戻されて投射光から除去される。
【００４６】
このように、ＲＧＢの色光が投射光から除去されるために、黒表示を行うことができる。
【００４７】
以下、照明光学系Ｌに適用可能な構成について、図２を用いて説明する。
【００４８】
本発明の実施例で示す照明光学系は、被照明面である液晶パネル（光変調素子）７に光源（光源ユニット）１からの光束を導くために、ＰＢＳ（第１の偏光素子）２と、フライアイレンズ（レンズアレイ）３と、１／４波長板（第１の位相板）４とを備える。
【００４９】
さらに、本発明の実施例で示す照明光学系は、ミラー（第１の光学素子）５と、コンデンサーレンズ（第１の正レンズ）６と、を備えても良い。
【００５０】
光源１はＬＤ光源である。なお、本発明の実施例においては、発光管と放物面鏡からなる水銀ランプであっても、発光管と楕円鏡からなる水銀ランプからの収斂光束をコリメータレンズによって略平行光化しても良い。
【００５１】
ＰＢＳ２は、光源１からの光束に含まれるＳ偏光（第１の偏光方向の光束）をフライアイレンズ３に導く偏光素子であり、より具体的にはプリズム型ＰＢＳである。なお、本発明の実施例においては、プリズム型ＰＢＳではなく、ワイヤーグリッド型ＰＢＳを用いても良い。
【００５２】
フライアイレンズ３は、光源１からの光束を複数の光束に分割する。
【００５３】
１／４波長板４は、Ｓ偏光の偏光方向を変換する。
【００５４】
ミラー５は、フライアイレンズ３から１／４波長板４を介してミラー５に入射する光束を、ミラー５から１／４波長板４を介してフライアイレンズ３に入射する方向に導くように構成している。
【００５５】
コンデンサーレンズ６は、Ｐ偏光を液晶パネル７に導く。
【００５６】
なお、本発明の実施例で示す照明光学系の具体的な構成と、その構成により得られる効果は、以下の実施例で述べる。
【００５７】
〔第１実施例〕
図２は、本発明の第１実施例で示す照明光学系の構成を示す図である。図２を用いて、光源１からの光束が液晶パネル７を照明するための構成を説明する。
【００５８】
図２において、コンデンサーレンズ６の光軸と平行な軸をＺ軸、光源１の光軸と平行な軸をＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸と直交する軸をＹ軸とする。
【００５９】
本実施で示す照明光学系は、光源１からの光束で液晶パネル７を照明するための照明光学系である。液晶パネル７によって画像変調された光である画像光は、不図示のＰＢＳまたは偏光板を介して不図示の投射レンズに導かれ、スクリーン等の被投射面に投射される。
【００６０】
光源１はＬＤ（レーザーダイオード）光源であり、本実施においては、Ｓ偏光光を出射するＬＤ光源であり、後述のＰＢＳ２に入射するように配置されている。ここで、Ｐ偏光光とは、図２においてＰＢＳ２の面法線と光軸のなす平面を主平面としたとき、光源１からの光束と直交し、かつ、主平面内で振動する直線偏光光である。さらに、Ｓ偏光光とは、Ｐ偏光光及び主平面に垂直に振動する直線偏光光である。
【００６１】
光源１から出射したＳ偏光光は、ワイヤーグリッドＰＢＳであるＰＢＳ２に入射する。ＰＢＳ２は、Ｐ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する特性を備えるため、光源１から出射したＳ偏光光はＰＢＳ２によって反射され、フライアイレンズ３で複数の分割光束に分割される。
【００６２】
フライアイレンズ３に分割された複数の分割光束は、１／４波長板４によって、１／４波長板４から後述のミラー５へ向かう方向に対して右回りの円偏光光１Ｒに変換される。
【００６３】
円偏光光１Ｒは、ミラー５で反射されることで、ミラー５から１／４波長板４へ向かう方向に対して左回りの円偏光光に変換され、１／４波長板４へ向かう。円偏光光は、１／４波長板４を透過して、Ｐ偏光光に変換され、フライアイレンズ３近傍に集光する。
【００６４】
フライアイレンズ３近傍に集光した複数の分割光束は、Ｐ偏光光であるために、ＰＢＳ２を透過して、コンデンサーレンズ６に入射する。コンデンサーレンズ６に入射した光束は、コンデンサーレンズ６によって液晶パネル７を重畳的に照明する。
【００６５】
以上が、光源１からの光束が液晶パネル７を照明するための構成である。上述のように、本実施例においては、光源１からの光束がフライアイレンズ３に２回入射することが可能である。これにより、レンズアレイの枚数をより少なくすることが可能となり、従来２枚だったフライアイレンズ間の光路を折り返すことで、より小型な照明光学系および画像表示装置を提供することが可能となる。  なお、液晶パネル７において画像変調および反射された光は、ＰＢＳまたは偏光板を介して投射レンズに導かれる。本実施例では、液晶パネル７を１枚のみ示しているが、実際の一般的なプロジェクターでは、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応した３つの液晶パネルが設けられる。ＰＢＳまたは偏光板は、これら３つの液晶パネルに対してＲ，Ｇ，Ｂの各色照明光を導き、３つの液晶パネルからの各色画像光を合成する、いわゆる色分離合成系の一部を構成している。
【００６６】
以上が、本発明の実施例で示す構成の照明光学系によって得られる効果である。
【００６７】
本発明の実施例では、上述の効果をより強くするため、あるいは、その他の効果を得るために、次に述べる構成も持つ。ただし、本発明は、次に述べる構成の全てを持つ照明光学系に限定されるものではない。
【００６８】
フライアイレンズ３が有する各レンズセルの焦点距離をｆ、レンズセルの頂点からミラー５の反射面への空気換算距離をｄとする。ここで、空気換算距離とは、物理的な距離を屈折率で割ったものであり、例えば、厚みｔで屈折率ｎの媒質に光線が入射したときの空気換算距離はｔ／ｎとなる。なお、同様の媒質における光路長はｎ×ｔとなる。本実施例において、空気換算距離ｄは、フライアイレンズ３の厚みと屈折例率によって求まる値と、フライアイレンズ３とミラー５との間の空気層の厚みと空気層の屈折率によって求まる値との合計値である。なお、フライアイレンズ３とミラー５との間は空気層ではなく、ガラス層であっても良い。この場合、空気換算距離ｄは、フライアイレンズ３の厚みと屈折例率によって求まる値と、ガラス層の厚みと屈折率によって求まる値である。
【００６９】
このとき、本発明の実施例において、
１．８  ＜  ｆ／ｄ  ＜  ２．３
の条件式を満たすと良い。
【００７０】
更に望ましくは、
２．０  ＜  ｆ／ｄ  ＜  ２．３
の条件式を満たすと良い。
【００７１】
上述の条件式を満たすことによる効果について説明する。
【００７２】
一般には、２枚のフライアイレンズを用いた照明光学系を、第１のフライアイレンズ３と第２のフライアイレンズ８の間隔が、フライアイレンズのレンズセル３ａの焦点距離にほぼ等しくなるように構成している。このような構成を図３に示す。
【００７３】
図３において、第１のフライアイレンズ３を上述のフライアイレンズ３とし、仮想的に第２のフライアイレンズ８を点線で図示し、第１のフライアイレンズ３と第２のフライアイレンズ８との間にミラー５の反射面５Ｓを示している。
【００７４】
図３に示すように、フライアイレンズ３のレンズセル３ａに入射した平行光束は、フライアイレンズ８のレンズセル８ａに入射し、レンズセル８ａに光源像がつくられる。
【００７５】
このように２枚のフライアイレンズを用いた構成と同様の効果を得るために、本実施例では、フライアイレンズ３とフライアイレンズ８の中間に反射面５Ｓが配置されている。言い換えれば、フライアイレンズ３の焦点距離の半分の値が、フライアイレンズ３と反射面５Ｓとの間隔と等しくなるように、ミラー５を配置している。
【００７６】
これにより、反射面５Ｓがフライアイレンズ３からの光束を反射し、２枚のフライアイレンズを用いた構成と同様に、レンズセル３ａに光源像をつくることが可能となる。
【００７７】
しかし、上述の条件式に示すように、本発明の実施例では、フライアイレンズ３の焦点距離の半分の値が、フライアイレンズ３とミラー５との間隔と等しくなるように、ミラー５を配置しなくても良い。
【００７８】
上述の条件式の上限を逸脱することの意味を説明する。この場合、フライアイレンズ３で分割された部分光束は、フライアイレンズ３よりも液晶パネル７側に光源像を結像させる。その結果、対応するレンズセルとは異なるレンズセルに入射する光量が増え、液晶パネル７の有効領域外を照明する不要光が増えるおそれがある。したがって、上述の条件式の上限を満たすことが望ましい。
【００７９】
上述の条件式の下限を逸脱することの意味を説明する。この場合、フライアイレンズ３で分割された部分光束は、フライアイレンズ３よりもミラー５側に光源像を結像させる。その結果、フライアイレンズ３からＰＢＳ２へ向かう光束は拡散光となり、コンデンサーレンズ６へ入射しない光束が増え、光の利用効率が低下するおそれがある。したがって、上述の条件式の下限を満たすことが望ましい。
【００８０】
以上の理由から、上述の条件式を満たせば、光の利用効率をより良くすることが可能で、より小型な照明光学系および画像表示装置を提供することができる。
【００８１】
ここで、２枚のフライアイレンズを用いた構成と本実施例で示した構成とを比較した場合について説明する。
【００８２】
２枚のフライアイレンズを用いた構成において、平行偏芯のずれ量をΔＡ１、２枚のフライアイレンズ間の距離をＬ、液晶パネル上での照明領域のずれ量をΔＰ１、照明倍率をＢとする。
【００８３】
このとき、平行偏芯が生じた状態で照明倍率を向上させると、照明倍率を向上させた分、液晶パネルでの照明領域がずれてしまう。すなわち、ΔＰ１は（１）式に示す通りである。
ΔＰ１＝ΔＡ１・Ｂ        （１）
【００８４】
一方、本実施例において、ミラー５の角度方向の取り付け誤差をθとする。さらに、θが０．１°等の充分に小さい場合における、ＰＢＳ２からフライアイレンズ３へ向かう光束の主光線と、ミラー５から１／４波長板４を介してフライアイレンズ３へ向かう光束の集光線との、コンデンサーレンズ６の光軸と直交する方向の距離をΔＡ２とする。なお、ΔＡ２はコンデンサーレンズ６とフライアイレンズ３との間における値である。さらに、液晶パネル７上での照明領域のずれ量をΔＰ２とするとき、ΔＡ２及びΔＰ２は（２）式及び（３）式に示す通りである。
ΔＡ２＝（Ｌ／２）・ｓｉｎ（２θ）     （２）
ΔＰ２＝ΔＡ２・Ｂ                     （３）
【００８５】
前述のように、液晶パネルをより均一に照明するためには、照明倍率の向上が有効である。そこで、照明倍率Ｂを２倍にすることを想定する。
【００８６】
平行偏芯が生じた状態で照明倍率を向上させると、照明倍率を向上させた分、液晶パネルでの照明領域がずれてしまうために、ΔＰ１´は（４）式に示す通りである。
ΔＰ１´＝ΔＡ１・２Ｂ＝２ΔＰ２        （４）
【００８７】
ここで、照明倍率Ｂを２倍にするためには、レンズセル３ａを小さくして焦点距離ｆを半分にする必要がある。焦点距離ｆが２枚のフライアイレンズ間の距離Ｌと等しい場合には、距離Ｌは照明倍率の向上によって（５）式に示す通りとなる。
Ｌ´＝Ｌ／２        （５）
【００８８】
したがって、距離Ｌ´の場合でのΔＡ２であるΔＡ２´は（６）式に示す通りである。
ΔＡ２´＝（Ｌ´／２）・ｓｉｎ（２θ）        （６）
【００８９】
また、照明倍率２Ｂにおける、液晶パネル７上での照明領域のずれ量であるΔＰ２´は（７）式に示す通りである。
ΔＰ２´＝ΔＡ２´・２Ｂ＝ΔＡ２・Ｂ＝ΔＰ２        （７）
【００９０】
上述の（１）〜（７）に示すように、２枚のフライアイレンズを用いた構成では、照明倍率が２倍になると、液晶パネルでの照明領域のずれ量も２倍になってしまうおそれがある。一方、本実施例においては、照明倍率が２倍になっても、液晶パネルでの照明領域のずれ量が２倍になることを抑制することが可能となる。言い換えれば、本実施例を適用すれば、２枚のフライアイレンズを用いた構成と比較して、照明倍率の向上による照明領域の位置ずれへの影響を抑制することが可能で、より小型な照明光学系およびこれを用いた画像表示装置を提供することができる。
【００９１】
なお、本実施例における数値実施例は表１に示すとおりである。
【００９２】
（表１）
ｆ          ｄ           f/d
50         25.0          2.0
40         22.0          1.82
50         22.0          2.27
40         18.5          2.16
【００９３】
〔第２実施例〕
図４は、本発明の第２実施例で示す照明光学系の構成を示す図である。
【００９４】
前述の第１実施例と本実施例との違いは、光源１Ｌの構成、光源１Ｌからの光束をフライアイレンズ３に導くための構成と、コリメータレンズ１３を備える点である。さらに、ワイヤーグリッド型ＰＢＳ２ではなく、プリズム型ＰＢＳ１４および１６を備える点である。
【００９５】
本実施例において、光源１Ｌは高圧水銀放電管である発光管１１と楕円鏡１２からなるランプであり、ランプは前述の第１実施例と異なり、Ｓ偏光光とＰ偏光光を含む光束を出射する。楕円鏡１２は、発光管１１から放射状に発せられる光束を、コリメータレンズ１３へ近づくについて互いの距離を縮める光束に変換する。
【００９６】
コリメータレンズ１３は、光源１Ｌからの光束を略平行光束１Ｈに変換し、光源１Ｌからの光束をＰＢＳ１４に導く負レンズである。もちろん、略平行光束１Ｈ、完全な平行光束である必要はなく、実用に耐えうる範囲で、若干発散気味でも収斂気味でも良い。
【００９７】
プリズム型ＰＢＳであるＰＢＳ１４およびＰＢＳ１６はＳ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過する特性を備える。このため、略平行光束１Ｈのうち、Ｓ偏光光はＰＢＳ１４によって反射され、フライアイレンズ３に入射する。一方、ＰＢＳ１４を透過したＰ偏光光は、１／２波長板１５でＳ偏光光に変換にされ、ＰＢＳ１６によって反射され、フライアイレンズ３に入射する。
【００９８】
ＰＢＳ１４およびＰＢＳ１６によって反射され、フライアイアイレンズ３に入射した光束は、フライアイレンズ３で複数の分割光束に分割される。
【００９９】
フライアイレンズ３によって分割された複数の分割光束が、１／４波長板４およびミラー５によって偏光方向を変換され、フライアイレンズ３近傍に集光するまでは、前述の第１実施例と同様である。
【０１００】
フライアイレンズ３近傍に集光した複数の分割光束は、Ｐ偏光光であるために、ＰＢＳ１４およびＰＢＳ１６を透過して、コンデンサーレンズ６に入射する。コンデンサーレンズ６に入射した光束は、コンデンサーレンズ６によって液晶パネル７を重畳的に照明する。
【０１０１】
このように、本実施例は、前述の第１実施例と異なり、複数の光束がフライアイアイレンズ３に入射する構成である。このような構成であっても、レンズアレイの枚数をより少なくし、均一な照度で被照明面を照明することが可能な照明光学系を提供することができる。
【０１０２】
図４において、コンデンサーレンズ６の光軸と平行な軸をＺ軸、光源１Ｌの光軸と平行な軸をＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸と直交する軸をＹ軸とする。また、本実施例において、液晶パネル７の形状は長方形である。
【０１０３】
本実施例において、ＸＺ断面ではＰＢＳ１４およびＰＢＳ１６からの光束がコンデンサーレンズ６へ導かれる。このため、コンデンサーレンズ６へ入射する光束をＸＺ断面に垂直に投影した場合の光束径は、コンデンサーレンズ６へ入射する光束をＹＺ断面に垂直に投影した場合の光束径よりも大きくなる。
【０１０４】
従って、液晶パネル７の長手方向がＸ軸と平行になるように、液晶パネル７を配置することで、ＸＺ断面においてより多くの光束を液晶パネル７へ導くことが可能となる。
【０１０５】
さらに、フライアイレンズ３のレンズセルの形状は、液晶パネルの形状と相似の関係にある。ここで、フライアイレンズ３のレンズセルの形状が、液晶パネル７と相似形の長方形であり、レンズセルの長手方向がＸ軸と平行になるように、フライアイレンズ３を配置したとする。このとき、本実施例のように、液晶パネル７の長手方向がＸ軸と平行な場合には、フライアイレンズ３のＸ軸方向の分割数と、Ｙ軸方向の分割数の差を少なくすることが可能となる。これにより、製造コストをより削減することが可能となる。
【０１０６】
なお、本実施例において、より望ましい条件は前述の第１実施例と同様であるが、本実施例は、前述の第１実施例と異なり、１／２波長板１５を備える。
【０１０７】
本実施例において、前述の条件式の上限を逸脱すると、フライアイレンズ３で分割された部分光束は、フライアイレンズ３よりも液晶パネル７側に光源像を結像させる。その結果、対応するレンズセルとは異なるレンズセルに入射する光量が増え、液晶パネル７の有効領域外を照明する不要光が増えるおそれがある。したがって、上述の条件式の上限を満たすことが望ましい。
【０１０８】
一方、本実施例において、前述の条件式の上限を逸脱すると、フライアイレンズ３で分割された部分光束は、フライアイレンズ３よりもミラー５側に光源像を結像させる。その結果、フライアイレンズ３からＰＢＳ１４および１６へ向かう光束は拡散光となり、フライアイレンズ３からＰＢＳ１４および１６へ向かい、１／２波長板１５へ入射してしまう光束が増えるおそれがある。
【０１０９】
本実施例においては、液晶パネル７へ導かれる光束はＰ偏光光に揃えられる。しかし、フライアイレンズ３からＰＢＳ１４および１６へ向かい、１／２波長板１５へ入射してしまう光束が増えると、液晶パネル７へ導かれる光束がＰ偏光光とＳ偏光光が混ざった光束になってしまう。その結果、色分離合成系Ｃにおいて、Ｂの色光の光路にＲの色光が混入してしまい、投影画像のコントラストが悪化するおそれがある。
【０１１０】
本実施例においては、ＰＢＳ１４の偏光分離面１４ａの端部１４ａｒと１４ａｌのうち、フライアイレンズ３に近い方の端部である端部１４ａｒから、レンズセル３ａの頂点までの距離をｃとする。
【０１１１】
このとき、
０．０２  ＜  ｃ／ｆ  ＜  ０．２
となる条件を満たすことが好ましい。
【０１１２】
上述の条件式を満たすことで、ライアイレンズ３からＰＢＳ１４および１６へ向かい、１／２波長板１５へ入射してしまう光束の量を低減することが可能となる。
【０１１３】
上述の条件式の上限を逸脱することは、焦点距離ｆに対して距離ｃが相対的に大きすぎることを意味する。この場合、フライアイレンズ３からの光束のうち、１／２波長板１５へ入射してしまう光束の量が増加してしまうおそれがある。また、距離ｃが大きくなるために、画像表示装置が大型化してしまうおそれがある。
【０１１４】
一方、上述の条件式の下限を逸脱することは、距離ｃに対して焦点距離ｆが相対的に大きすぎることを意味する。焦点距離ｆが大きくなることは、フライアイレンズ３に入射した略平行光が結像する位置がフライアイレンズ３から遠ざかることを意味する。この場合に、フライアイレンズ３に光源像を結像するためには、フライアイレンズ３からミラー５を遠ざける必要が生じる。すなわち、距離ｄが大きくなるために、画像表示装置が大型化してしまうおそれがある。
【０１１５】
なお、本実施例において、距離ｃの値は、
１  ＜  ｃ  ＜  １０  ［ｍｍ］
である。
【０１１６】
以上の理由から、上述の条件式を満たせば、より偏光方向が揃った光束を射出可能で、より小型な照明光学系および画像表示装置を提供することができる。
【０１１７】
〔第３実施例〕
図５は、本発明の第３実施例で示す照明光学系の構成を示す図である。
【０１１８】
前述の第２実施例と本実施例との違いは、プリズム型ＰＢＳではなく、ワイヤーグリッド型ＰＢＳであるＰＢＳ３４とＰＢＳ３５を備える点である。さらに、１／２波長板１５の位置も、前述の第２実施例と異なる。
【０１１９】
ワイヤーグリッド型ＰＢＳとは、入射光の波長よりも狭い間隔で金属ワイヤーが並べられた構造（サブ波長格子構造）をもつ偏光板である。ワイヤーグリッド型ＰＢＳは、金属ワイヤーの長手方向に平行に振動する直線偏光光を反射し、金属ワイヤーの長手方向と直交する方向に振動する直線偏光光を透過する性質を持つ。
【０１２０】
本実施例においては、ＰＢＳ３４の金属ワイヤーは図５に示すｙ軸方向と平行に並んでいるため、ＰＢＳ３４はＳ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過させる。
【０１２１】
一方、ＰＢＳ３５の金属ワイヤーは図５に示すｙ軸方向と直交する方向と平行に並んでいるため、ＰＢＳ３５はＳ偏光光を透過させ、Ｐ偏光光を反射する。
【０１２２】
略平行光束１Ｈのうち、Ｓ偏光光はワイヤーグリッド型ＰＢＳであるＰＢＳ３４によって反射され、フライアイレンズ３に入射する。
【０１２３】
本実施例においては、ＰＢＳ１６の代わりにＰＢＳ３５を用いている。ＰＢＳ３５は、ＰＢＳ１６と異なり、Ｓ偏光光を透過し、Ｐ偏光光を反射する特性である。
【０１２４】
したがって、ＰＢＳ３４を透過したＰ偏光光はＰＢＳ３５によって反射され、フライアイレンズ３に入射する。
【０１２５】
ＰＢＳ３４およびＰＢＳ３５によって反射され、フライアイアイレンズに３入射した光束は、フライアイレンズ３で複数の分割光束に分割される。フライアイレンズ３によって分割された複数の分割光束が、１／４波長板４およびミラー５によって偏光方向を変換され、フライアイレンズ３近傍に集光するまでは、前述の第１実施例と同様である。
【０１２６】
フライアイレンズ３近傍に集光した複数の分割光束のうち、フライアイレンズ３からＰＢＳ３４へ入射する光束はＰ偏光光である。このため、ＰＢＳ３４へ入射した光束は、ＰＢＳ３４を透過して、コンデンサーレンズ６に入射する。
【０１２７】
一方、フライアイレンズ３からＰＢＳ３５へ入射する光束は、Ｓ偏光光であるため、ＰＢＳ３５を透過して、１／２波長板１５でＰ偏光光に変換にされ、コンデンサーレンズ６に入射する。コンデンサーレンズ６に入射した光束は、コンデンサーレンズ６によって液晶パネル７を重畳的に照明する。
【０１２８】
このように、本実施例は、前述の第２実施例と異なり、互いに特性の異なる複数のワイヤーグリッド型ＰＢＳを用いた構成である。このような構成であっても、レンズアレイの枚数をより少なくし、均一な照度で被照明面を照明することが可能な照明光学系を提供することができる。
【０１２９】
なお、本実施例において、より望ましい条件は前述の第１実施例と同様であるが、本実施例は、前述の第１実施例と異なり、１／２波長板１５を備える。さらに、１／２波長板１５の位置は、前述の第２実施例と異なる。
【０１３０】
本実施例において、前述の条件式の上限を逸脱すると、フライアイレンズ３で分割された部分光束は、フライアイレンズ３よりも液晶パネル７側に光源像を結像させる。その結果、対応するレンズセルとは異なるレンズセルに入射する光量が増え、液晶パネル７の有効領域外を照明する不要光が増えるおそれがある。したがって、上述の条件式の上限を満たすことが望ましい。
【０１３１】
一方、本実施例において、前述の条件式の上限を逸脱すると、フライアイレンズ３で分割された部分光束は、フライアイレンズ３よりもミラー５側に光源像を結像させる。その結果、フライアイレンズ３からＰＢＳ３５へ向かう光束は拡散光となり、フライアイレンズ３からＰＢＳ３５へ向かい、１／２波長板１５へ入射しない光束が増えるおそれがある。本実施例においては、液晶パネル７へ導かれる光束はＰ偏光光に揃えられるが、フライアイレンズ３からＰＢＳ３５へ向かい、１／２波長板１５へ入射しない光束が増えると、液晶パネル７へ導かれる光束がＰ偏光光とＳ偏光光が混ざった光束になってしまう。その結果、色分離合成系Ｃにおいて、Ｂの色光の光路にＲの色光が混入してしまい、投影画像のコントラストが悪化するおそれがある。したがって、上述の条件式の上限を満たすことが望ましい。
【０１３２】
以上の理由から、上述の条件式を満たせば、より偏光方向が揃った光束を射出可能で、より小型な照明光学系および画像表示装置を提供することができる。
【０１３３】
〔第４実施例〕
図６〜図８は、本発明の第４実施例で示す照明光学系の構成を示す図であり、図６及び図７はｘｚ断面での図、図８はｘｙ断面での図である。
【０１３４】
前述の第２実施例と本実施例との違いは、第２の発光点である光源２Ｌを新たに追加した点である。すなわち、本実施において、光源からの光束は互いに異なる位置に配置された光源１Ｌと、光源２Ｌから射出する複数の光束である。
【０１３５】
さらに、光源２Ｌからの光束を偏光変換するためのＰＢＳ６５（第３の偏光素子）及びＰＢＳ６６（第４の偏光素子）を新たに追加した点も、前述の第２実施例と本実施例の違いである。ＰＢＳ６５は、ＰＢＳ１６に隣り合うように配置され、ＰＢＳ６６は、ＰＢＳ１４に隣り合うように配置されている。
【０１３６】
ＰＢＳ６５は、液晶パネル７とフライアイレンズ３との間に配置され、光源からの光束に含まれるＳ偏光光をフライアイレンズ３に導くとともに、フライアイレンズ３から出射する光束に含まれ、Ｓ偏光光と偏光方向が異なるＰ偏光光を液晶パネル７に導く。
【０１３７】
また、ＰＢＳ６６は、ＰＢＳ６５から出射する光束をフライアイレンズ３に導き、ミラー５から１／４波長板４を介してフライアイレンズ４へ導かれる光束を液晶パネル７に導く。
【０１３８】
第１の発光点である光源１Ｌからの略平行光束１Ｈが、フライアイレンズ３によって分割されて複数の分割光束となり、１／４波長板４およびミラー５によって偏光方向を変換され、フライアイレンズ３近傍に集光するまでは、前述の第２実施例と同様である。つまり、光源１Ｌは、光源１Ｌからの光束１ＨがＰＢＳ１４に入射するように配置されている。
【０１３９】
一方、光源２Ｌからの略平行光束２Ｈは、略平行光束１Ｈと異なり、ＰＢＳ６５に入射する。なお、光源２Ｌは、高圧水銀放電管である発光管６２と楕円鏡６３からなる水銀ランプである。また、ＰＢＳ６５及びＰＢＳ６６は、Ｐ偏光光を透過させ、Ｓ偏光光を反射する偏光素子である。つまり、光源２Ｌは、光源２Ｌからの光束２ＨがＰＢＳ６５に入射するように配置されている。
【０１４０】
なお、本実施例において、第１の偏光素子はＰＢＳ１４であり、第２の偏光素子はＰＢＳ１６であり、第３の偏光素子はＰＢＳ６５であり、第４の偏光素子はＰＢＳ６６である。
【０１４１】
または、図６及び図７に示すように、ＰＢＳ１４及びＰＢＳ１６の偏光分離面は互いに平行であり、ＰＢＳ６５及びＰＢＳ６６の偏光分離面は互いに平行である。さらに、ＰＢＳ１４及びＰＢＳ６５の偏光分離面は互いに直交している。このように、各ＰＢＳの偏光分離面を配置することで、後述のように、偏光方向の揃った光束で被照明面を照明することができる。
【０１４２】
ＰＢＳ６５に入射した略平行光束２Ｈに含まれるＳ偏光光は、ＰＢＳ６５に反射され、図８に示すｚ軸方向に設けられているミラー５に導かれる。なお、図８においては、フライアイレンズ３及び１／４波長板４を省略している。
【０１４３】
ミラー５へ導かれたＳ偏光光は、前述の第２実施例と同様に、１／４波長板４およびミラー５によって偏光方向を変換され、Ｐ偏光光となってＰＢＳ６５を透過し、液晶パネル７へ導かれる。
【０１４４】
一方、ＰＢＳ６５に入射した略平行光束２Ｈに含まれるＰ偏光光は、ＰＢＳ６５を透過し、１／２波長板１５に入射し、Ｓ偏光光に変換され、ＰＢＳ６６に入射する。ＰＢＳ６６に入射したＳ偏光光は、ＰＢＳ６６によって反射され、前述の第２実施例と同様に、１／４波長板４およびミラー５によって偏光方向を変換され、Ｐ偏光光となってＰＢＳ６６を透過し、液晶パネル７へ導かれる。
【０１４５】
このように、本実施例は複数の光源を備えつつ、偏光方向の揃った光束で被照明面を照明することができるため、前述の実施例と比較して、より明るい画像を投射することが可能である。
【０１４６】
なお、本実施例において、より望ましい条件は前述の第１実施例と同様であり、前述の条件式を満たすことによる効果は前述の第２実施例と同様である。
【０１４７】
また、本実施例においては、光源１Ｌを、光源１Ｌからの光束がＰＢＳ１４に入射するように配置し、光源２Ｌを、光源２Ｌからの光束がＰＢＳ６５に入射するように配置する。
【０１４８】
しかし、例えば、光源１Ｌを、光源１Ｌからの光束がＰＢＳ１４に入射するように配置し、光源２Ｌを、光源２Ｌからの光束がＰＢＳ６６に入射するように配置してもよい。このように光源１Ｌ及び光源２Ｌを配置する場合には、ＰＢＳ１４、１６、６５、６６を、各ＰＢＳの偏光分離面が互いに平行になるように配置する必要がある。
【０１４９】
また、本実施例においては、プリズム型ＰＢＳを用いた構成を例示したが、例えばワイヤーグリッド型ＰＢＳを用いても良い。
【０１５０】
〔第５実施例〕
図９は、本発明の第５実施例で示す照明光学系の構成を示す図である。
【０１５１】
前述の第２実施例と本実施例との違いは、ＰＢＳ１４の代わりに、屈折面７４ｂを有するＰＢＳ７４を用いることにより、偏光分離面への入射角を４５°よりも大きくすることが可能な点である。
【０１５２】
光源１Ｌからの光束が、平行光束１Ｈに変換されるまでは、前述の第２実施例と同様である。なお、平行光束１Ｈの主光線は、光源１の光軸Ｏ１１と平行である。
【０１５３】
平行光束１Ｈの主光線は、ＰＢＳ７４の入射面７４ｂによって、光軸Ｏ１２と平行な方向に導かれる。光軸Ｏ１２は、入射面７４ｂによって屈折された平行光束１Ｈの主光線と平行である。
【０１５４】
ＰＢＳ７４に入射した平行光束１Ｈのうち、Ｓ偏光光は偏光分離面７４ａによって反射され、フライアイレンズ３に導かれる。一方、Ｐ偏光光は、偏光分離面７４ａを透過し、１／２波長板７５でＳ偏光光に変換され、ＰＢＳ７６に入射し、偏光分離面７６ａで反射され、フライアイレンズ３に導かれる。
【０１５５】
光源１Ｌからの光束が、フライアイレンズ３によって分割されて複数の分割光束となり、１／４波長板４およびミラー５によって偏光方向を変換され、フライアイレンズ３近傍に集光するまでは、前述の第２実施例と同様である。
【０１５６】
さらに、前述の第２実施例と同様の原理で、フライアイレンズ３近傍に集光した複数の分割光束は、Ｐ偏光光であるために、ＰＢＳ７４およびＰＢＳ７６を透過して、コンデンサーレンズ６に入射する。コンデンサーレンズ６に入射した光束は、コンデンサーレンズ６によって液晶パネル７を重畳的に照明する。
【０１５７】
このような構成にすることで、偏光分離面７４ａおよび偏光分離面７６ａへの入射角を４５°よりも大きくすることが可能となる。
【０１５８】
ここで、一般に、屈折率の大きいガラスは高価であるため、費用の面においては可能な限り、屈折率の小さいガラスを用いたプリズム型ＰＢＳであることが望ましい。さらに、一般に、偏光分離の効率を高めるためには、屈折率の小さいガラスを用いたプリズム型ＰＢＳの場合は、屈折率の大きいガラスを用いたプリズム型ＰＢＳの場合よりも、偏光分離面への入射角を大きくする必要がある。
【０１５９】
従って、本実施例のように、偏光分離面への入射角をより大きくすることが可能な構成を用いれば、プリズム型ＰＢＳに屈折率のより小さいガラスを用いることが可能となる。その結果、製造コストをより削減することが可能となる。
【０１６０】
より具体的には、ＰＢＳ７４の偏光分離面７４ａの法線７４ｎと偏光分離面７４ａに入射する光束の主光線とのなす角度をθ１とし、ＰＢＳ７６の偏光分離面７６ａの法線７６ｎと偏光分離面７６ａに入射する光束の主光線とのなす角度をθ２とするとき、
４５°  ＜  θ１  ＝  θ２  ＜  ７０°
となる条件を満足することと良い。
【０１６１】
更に望ましくは、
５０°  ＜  θ１  ＝  θ２  ＜  ６０°
の条件式を満たすと良い。
【０１６２】
上述の条件式を満たすことで、より屈折率の小さいガラスを用いたプリズム型ＰＢＳを用いることが可能となり、製造コストをより削減できる。
【０１６３】
上式の下限を逸脱すると、光利用効率を高めるためには、膜総数を増したり、高価な屈折率の高い硝子を使用したりする必要があり、光学系のコストが高くなってしまうため、好ましくない。また、上式の上限を逸脱すると、入射角の大きい光束をＰＢＳ７４に取り込むために、プリズムを大きくする必要があり、光学系のコストが高くなってしまうため、好ましくない。
【０１６４】
以上の理由から、上述の条件式を満たせば、より安価で、より小型な照明光学系および画像表示装置を提供することができる。
【０１６５】
〔他の実施形態〕
前述した実施例では、本発明の実施例で示す照明光学系を搭載可能な画像表示装置の構成として、投射レンズを備える構成を例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。画像表示装置であれば、例えば、着脱可能な投射レンズを用いる構成などでも良い。
【０１６６】
また、前述した実施例の一部では、高圧水銀ランプを用いた照明装置の構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。白色の光を発する光源であれば、例えば、青色ＬＥＤや青色ＬＤ（半導体レーザー）と蛍光体を組み合わせた構成などであっても良い。さらに、本発明は、光源の数が１つの場合のみに限定されるものではない。例えば、複数のＬＥＤあるいはＬＤをアレイ状に並べた構成などであっても良い。
【０１６７】
また、前述した実施例で、ワイヤーグリッドＰＢＳを用いた構成とプリズム型ＰＢＳを用いた構成の両方を説明したように、本発明は、ワイヤーグリッドＰＢＳとプリズム型ＰＢＳのいずれか一方のみに限定されるものではない。
【０１６８】
また、前述した実施例の一部では、ランプ、コリメータレンズ、ＰＢＳ、フライアイレンズ、１／４波長板、ミラー、コンデンサーレンズ、そして、液晶パネルを備える構成を例示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。平行偏芯による影響を低減し、より均一な照度で被照明面を照明することが可能な構成であれば、例えば、コリメータレンズおよびコンデンサーレンズを両方用いない、あるいは、片方のみ用いるなどの構成であっても良い。
【符号の説明】
【０１６９】
２  偏光ビームスプリッター（第１の偏光素子）
３  フライアイレンズ（レンズアレイ）
４  １／４波長板（第１の位相板）
５  ミラー（第１の光学素子）
【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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