(57)【要約】【課題】オプティカルインテグレータと偏光変換素子とを有する照明光学系の光転送効率を向上させる。【解決手段】照明光学系１は、複数のレンズを含むレンズアレイ２０６，２０７を用いて、光源２００からの照明光束の分割を行うオプティカルインテグレータと、レンズアレイの複数のレンズに対応した多段構成の複数の偏光ビームスプリッタを有する偏光ビームスプリッタアレイ、各偏光ビームスプリッタにて分離された互いに偏光方向が直交する第１および第２の偏光光のうち前記第１の偏光光の偏光方向を回転させる複数の１／２波長板を有する偏光変換素子２０８と、を有する。【選択図】図３
2008186022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズを含むレンズアレイを用いて、光源からの照明光束の分割を行うオプティカルインテグレータと、
前記レンズアレイの前記複数のレンズに対応した多段構成の複数の偏光ビームスプリッタを有する偏光ビームスプリッタアレイ、前記各偏光ビームスプリッタにて分離された互いに偏光方向が直交する第１および第２の偏光光のうち前記第１の偏光光の偏光方向を回転させる複数の１／２波長板を有する偏光変換素子と、
を有することを特徴とする照明光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型画像表示装置に用いられる照明光学系および投射表示光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタ型ディスプレイ（投射型画像表示装置）は、一般に、液晶表示パネルやマイクロミラーアレイデバイスパネルを光変調素子としてスイッチングに利用して、光の透過と遮断または偏向を制御して選択された光パターンをスクリーンに投射することで、スクリーン上に映像を表示する。
【０００３】
光変調素子に液晶表示パネルやマイクロミラーアレイデバイスパネルを用いたプロジェクタにおいては、光源からの光を高効率で利用することと、スクリーン上での照度むらを低減することが重要となる。
【０００４】
改善手段としては、２枚の２次元配列されたレンズアレイから構成されるオプティカルインテグレータが知られている。オプティカルインテグレータは、光源からの光束を第１レンズアレイによって複数の光束に分割し、第２レンズアレイによりこれらの光束を拡大しながら光変調素子の表示領域に重畳結像させるものである（特許文献１参照）。
【０００５】
この方法によれば、分割後の照度むらが小さい光束を重畳するため均一性の高い照射光が得られ、スクリーン上での照度むらが大幅に改善される。また、第１レンズアレイの各開口を光変調素子の表示領域と相似の矩形とすれば、分割後の光束は表示領域にもれなく照射されるため、照射光の効率が向上し、光源からの光の利用効率を向上する。
【０００６】
また、他の改善手段としては、光源からの光をカライドスコープに導光し、光線のベクトルをミキシングすることによって、カライドスコープの光出射端面での光強度分布を均一化させ、この像を結像レンズによって光変調素子として用いているマイクロミラーアレイデバイスに共役結像させるものがある。
【０００７】
カライドスコープを用いる場合には、自然放射の光源からの光を、直線偏光状態に変換する手段を用いると、光学系が複雑になるため、一般的には実施されていない。
【０００８】
この方法においても、均一性の高い照射光が得られ、スクリーン上での照度むらが大幅に改善される。
【０００９】
但し、２枚のレンズアレイからなるオプティカルインテグレータやカライドスコープを用いた光強度分布の均一化方法を用いる場合、光変調素子を照明する光束が大きな収束角を有する。このため、光変調パネルが反射型液晶表示パネルやマイクロミラーアレイデバイスの場合、照明光を導く光路を形成するための空間的な制限があり、ＴＩＲ（全反射チルト）プリズムで導く場合には全反射最小角の制限がある。また、偏光ビームスプリッタで導く場合には、Ｓ波の反射率の入射角度依存性による制限が生じてしまうため、光変調素子への照明光束は平行光束に近いことが望まれる。
【００１０】
さらに、光変調素子が透過型液晶表示パネルであり、この透過型液晶表示パネルによってレッド、グリーン、ブルーの三原色の光の変調を行う場合、変調光をダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムで合成する際、変調光が平行光束から逸脱するほどダイクロイック膜での反射・透過波長領域のカット波長が変化し、色のにごりや、投射画像の位置による色再現性の偏差が発生する。
【００１１】
また、光変調素子が、透過型、反射型に限らず、ツイステッドネマティック液晶（ＴＮＬＣ）である場合、この液晶表示パネルへの照明光束の入射角がパネルの法線方向から傾くほど、また一般的には液晶表示パネル面内で各辺方向から傾くほど、液晶表示パネルを通過することによる理想的な光波長の位相差である、０またはπからのずれが大きく生じてしまう。したがって、光変調のコントラストが低下してしまう。
【００１２】
そこで、本出願人は、概ね（若干の発散および収束成分を含む）テレセントリックな照明光束で被照明面を照明する照明光学系であって、被照明面の法線方向に対する入射光線の偏差角によって変化する照明光の被照明面での強度分布が被照明面における互いに直交する２軸方向のそれぞれでピーク値の半値となる角度幅の比が、２：１以上のアスペクト比を有し、照明光束の進行方向に略直交する断面上での第１の軸方向について、光束の分割および再合成操作を行うオプティカルインテグレータと、上記断面上での第１の軸方向に対して直交する第２の軸方向について、光強度分布の変換操作を行う光強度変換手段とを設けた照明光学系を提案している。
【００１３】
これにより、光源からの光を高効率に利用し、照度の均一性が高い照明光束が得られる照明光学系を実現することを可能にし、この照明光学系を投射表示光学系の照明部として用いることにより、濃淡コントラストの高い投射画像が得られる。
【特許文献１】特開平１１−６４８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記照明光学系において、光源ランプからの入力光束のダイバージェンスが大きい場合には、光源からの光の利用効率が低下してしまう場合が生じてしまう。
【００１５】
現在製品化されているフルカラーの投射型表示装置は、色分解再合成光学系の色分離方向を投射画像の横方向に設定しているのが一般的である。これは、横長である装置の形態がビデオ関連機器としては扱い易いことによる。そこで、画像コンテンツ信号において、表示画像はＮＴＳＣ系統の横４縦３の画像表示比率、またはＭＵＳＥ系統の横１６縦９の画像比率となるため、光変調パネルの長辺方向がフルカラー表示するための色分離再合成方向と必然的に一致している。
【００１６】
つまり、波長帯域分離膜（ダイクロイックミラー等）や偏光ビームスプリッタの光束分離方向は、光変調パネルの長辺方向となる。
【００１７】
したがって、波長帯域分離膜や偏光ビームスプリッタへの光入射角の角度偏差による光分離精度劣化を防ぐためには、光変調パネルへの照明光束の光入射角は色分離再合成方向つまり光変調パネルの長辺方向において小さく設定することが必要となる。
【００１８】
したがって、上記本出願人の提案に係る照明光学系おけるオプティカルインテグレート方向は、光変調パネルの短辺方向としている。
【００１９】
ここで、光源ランプからの光利用効率に不利な問題が生じてしまう。つまりオプティカルインテグレート方向が光変調パネルの短辺方向となるため、多段偏光ビームスプリッタと１／２波長位相差板で主に構成されるＰＳ変換素子と呼ばれる偏光変換素子の多段構成方向が光変調素子の短辺方向となるため、通常、光変調パネルの長辺方向に配される光源、偏光変換素子に配される多段スリットマスクの配列も光変調パネルの短辺方向となる。したがって、ダイバージェンスを有した光源からの光が多段スリットマスクによって遮られる量が増加し、照明光学系の光転送効率が減少してしまうこととなる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の課題を解決するために、本発明の照明光学系は、複数のレンズを含むレンズアレイを用いて、光源からの照明光束の分割を行うオプティカルインテグレータと、レンズアレイの複数のレンズに対応した多段構成の複数の偏光ビームスプリッタを有する偏光ビームスプリッタアレイ、各偏光ビームスプリッタにて分離された互いに偏光方向が直交する第１および第２の偏光光のうち前記第１の偏光光の偏光方向を回転させる複数の１／２波長板を有する偏光変換素子と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、照明光束の分割方向での被照明面への入射角度が小さくなる照明光学系において、光源として直流駆動型放電ガス励起発光管を用いることにより、該照明光束が入射する偏光分離（合成）素子や空間光変調素子等の偏光分離（合成）特性が向上するという上記照明光学系の特徴を保ちながら、偏光変換素子に向かう光束の強度分布の拡がりを抑えることができ、該偏光変換素子に設けられたマスクにて遮蔽される光量（つまりは光量落ち）を少なくすることができる。したがって、偏光変換素子を用いた本照明光学系の光転送効率を向上させることができる。
【００２２】
そして、このような照明光学系を投射表示光学系又は投射型画像表示装置に用いることにより、光源での発光光量を増加させることなく投射画像の明るさを向上させ、かつ高いコントラストを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１には、本発明の第１実施例である照明光学系の構成を示している。図１において、２００は光源としての直流駆動型のガス励起ランプであり、高圧水銀ランプやメタルハライドランプまたはクセノンランプ等が用いられる。光源ランプ（直流駆動型放電ガス励起発光管）２００はパラボリック反射ミラー２０１と組み合せられて概ね平行な可視光ビームを生成する。
【００２５】
光源ランプ２００は、得られる平行ビームをなるべくダイバージェンス（発散角）の少ない質の高いコリメート光束にするために、ガスの電子励起領域を限定するよう放電ギャップは極力狭く設計されている。そして、両電極間に直流バイアスがかけられ、陰極電極側に高輝度の点光源を発生させる。
【００２６】
この光源ランプ２００とパラボリック反射ミラー２０１からなるランプユニットから放射された光束のうち可視光外の紫外線は、紫外線カットフィルター２０２によってカットされる。
【００２７】
紫外線は、レンズの材料となる光学ガラスや光学薄膜を励起したり劣化させることも長期的には発生するが、特に光変調パネルに液晶素子を用いる場合には、有機材料である液晶ポリマーや液晶分子配列のためのポリマー液晶配向膜が紫外線によって分解変質するので、これを防止するのが主な目的である。
【００２８】
紫外線カットフィルター２０２を通過した可視光光束は、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６に入射する。第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６は、図中の垂直方向においてのみ屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズを有し、入射する光束を該シリンドリカルレンズの個数分に分割し、個々に焦線を結ばせる。その後、各分割光束は、シリンドリカルコンデンサーレンズ２０９によって再び所定幅に設定された平行光束に変換される。
【００２９】
ここで、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６とシリンドリカルコンデンサーレンズ２０９の主平面間隔は、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６の焦点距離とシリンドリカルコンデンサーレンズ２０９の焦点距離の和に設定されている。これにより、光束は上記のように平行光束に再変換される。
【００３０】
さらに、シリンドリカルコンデンサーレンズ２０９は、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６の光軸線が各アレイの光軸線に対して偏心しているため、シリンドリカルコンデンサーレンズ２０９の焦線の位置で、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６の各アレイの通過した光束を重ね合わせる。これにより、オプティカルインテグレート操作がなされる。そして、第１シリンドリカルコンデンサーレンズ２０９の焦線の位置が光変調パネル２１２の変調面となる。
【００３１】
第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６を通過した光束は、第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０７を通過する。この第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０７の焦線の位置は、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６の各シリンドリカルレンズの瞳位置に設定されている。第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０７とシリンドリカルコンデンサーレンズ２０９のタンデムレンズ構成で、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６の各シリンドリカルレンズの瞳と光変調パネル２１２の変調面とが光学的に共役関係とされている。このため、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６の各シリンドリカルレンズの瞳は、図中の垂直方向において光変調パネル２１２の変調面に結像される。
【００３２】
光源ランプ２００とパラボリック反射ミラー２０１からなるランプユニットから放射された光束は完全な平行光とはならず、ダイバージェンスを有している。このため、第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０７は、このダイバージェンス分の光束広がりを修正するために、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６の各シリンドリカルレンズの瞳を通過した光束を確実に光変調パネル２１２の変調面に導く。
【００３３】
第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０７を通過した光束は、偏光変換素子２０８に入射する。偏光変換素子２０８は、一般に液晶プロジェクタで用いられているＰＳ変換素子と呼ばれるものと同様であり、ランプユニットから放射した光を、偏光ビームスプリッタを重ね合わせたアレイで、片側、たとえば図中の垂直方向に平行な偏光成分のみに変換するものである。
【００３４】
（偏光変換素子２０８について）
図２には、偏光変換素子２０８を模式的に示している。偏光変換素子２０８は、入射光軸に対して４５°傾いた偏光分離膜２０８ｂを有する偏光ビームスプリッタが第１及び第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６，２０７の各シリンドリカルレンズに対応するよう垂直方向に多段（複数）配置された偏光ビームスプリッタアレイ２０８ａと、上記複数の偏光ビームスプリッタのうち垂直方向に１段おきの偏光ビームスプリッタの出射面に設けられた半波長位相差板（１／２波長板）２０８ｃと、該半波長位相差板２０８ｃが設けられた偏光ビームスプリッタの入射面を覆い、半波長位相差板２０８ｃが設けられていない偏光ビームスプリッタの入射面に対応するスリット状開口部を有する多段スリットマスク（以下、単にマスクという）２０８ｄとから構成されている。
【００３５】
図２の紙面に平行な方向を偏光方向とするＰ偏光成分は偏光分離膜２０８ｂを透過し、図２の紙面に垂直な方向を偏光方向とするＳ偏光成分は偏光分離膜２０８ｂで反射して、直下の偏光ビームスプリッタの偏光分離膜２０８ｂで再度反射する。これにより、Ｓ偏光成分の光路は偏光ビームスプリッタアレイ２０８ａのピッチ分だけ下側にシフトする。
【００３６】
そして、偏光ビームスプリッタから射出したＳ偏光成分は、半波長位相差板２０８ｃでパイの位相差が付与されることでその偏光方向が９０度変換されてＰ偏光として偏光変換素子２０８を出射する。こうして、偏光変換素子２０８を通過した光束はすべて偏光ビームスプリッタ-に対してＰ偏光の直線偏光となる。すなわち紙面に平行な電磁波振動ベクトルを有する偏波として放出される。
【００３７】
ここで、偏光分離膜２０８ｂを透過したＰ偏光が半波長位相差板２０８ｃに入射すると、その偏光方向が９０°回転されてＳ偏光が偏光変換素子２０８から出射してしまうことになる。このため、偏光ビームスプリッタにおける半波長位相差板２０８ｃに対向する入射面には、光束の入射を遮るマスク２０８ｄが設けられ、マスク２０８ｄ間に形成されたスリットからのみ光束が入射する。
【００３８】
図１において、偏光変換素子２０８を通過した光束は、第１シリンドリカルレンズ２０５に入射する。第１シリンドリカルレンズ２０５は、図中の水平方向においてのみ屈折力を有するもので、光束の進行方向にもう１つ配置されている第２シリンドリカルレンズ２１０と対になってビームコンプレッサを形成している。したがって、第１シリンドリカルレンズ２０５に入射する光束は、図中の水平方向においては圧縮され、基本的にはアフォーカル状態で光変調パネル２１２に導かれる。
【００３９】
但し、本実施例においては、ビームコンプレッサに瞳ディストーション収差を所定量だけ意図的に持たせており、この瞳ディストーション収差によって光変調パネル２１２の変調面の光強度分布を均一または任意の分布に制御している。このビームコンプレッサによる瞳ディストーション収差の作用については、図５を用いて後述する。
【００４０】
第１シリンドリカルレンズ２０５を通過した光束は、シリンドリカルコンデンサーレンズ２０９に入射し、上述したようにこのシリンドリカルコンデンサーレンズ２０９によって、シリンドリカルコンデンサーレンズ２０９の焦線位置にある光変調パネル２１２の変調面に図中の垂直方向で重ね合わされてインテグレートされる。
【００４１】
シリンドリカルコンデンサーレンズ２０９を通過した光束は、第２シリンドリカルレンズ２１０に入射する。上述したように、第２シリンドリカルレンズ２１０は図中の水平方向のみに屈折力を有するもので、第１シリンドリカルレンズ２０５と対になってビームコンプレッサを形成している。これにより、図中の水平方向において光束が圧縮され、アフォーカル状態で光変調パネル２１２に導かれる。
【００４２】
さらに、この第２シリンドリカルレンズ２１０によって、第１シリンドリカルレンズ２０５の瞳と光変調パネル２１２の変調面とが概ね光学的な共役関係（ビームコンプレッサに収差を意図的に持たせているために光学的共役関係は精度的に粗くなる）に配置されている。このため、第１シリンドリカルレンズ２０５の瞳は、図中の水平方向において光変調パネル２１２の変調面に結像される。
【００４３】
第２シリンドリカルレンズ２１０は、第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０７の役割と同様に、光源ランプ２００とパラボリック反射ミラー２０１からなるランプユニットから放射された光束のダイバージェンス分の光束広がりを修正して、第１シリンドリカルレンズ２０５の瞳を通過した光束を確実に光変調パネル２１２の変調面に導くために配置されている。
【００４４】
シリンドリカルレンズ２１０を通過した光束は、ダミー偏光ビームスプリッタ２１１に入射する。このダミーはダイクロイックプリズム又はミラーとしてもかまわない。但し、ダミーが偏光ビームスプリッタの場合でも、ダイクロイックプリズムの場合でも、光束の偏向方向は図中の水平方向に設定する。
【００４５】
以上のように、本実施例の照明光学系を通過した光束は、光変調パネル２１２に導かれる。本実施例の照明特性については後述する。
【００４６】
（光源ランプ〈直流駆動型放電ガス励起発光管〉２００について）
次に、ランプユニットから射出し、偏光変換素子２０８に入射する光束の様子について図３を用いて説明する。
【００４７】
図３（Ａ）には、光源ランプ２００およびパラボリック反射ミラー２０１からなるランプユニットと、偏光変換素子２０８に設けられたマスク２０８ｄとを示すとともに、これらランプユニットおよびマスク２０８ｄの間に配置された第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６を簡略化して示している。なお、紫外線カットフィルター２０２と第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザーは図示を省略している。
【００４８】
光源ランプ２００は、陰極電極２００ａの放電端がパラボリック反射ミラー２０１の焦点に位置するように配置され、陽極電極２００ｂの放電端は陰極電極２００ａの放電端から前方に所定の放電ギャップ分離れて配置されている。
【００４９】
この光源ランプ２００に直流バイアスを印加すると、電極２００ａ側から電子放出によってガスが励起され、陰極電極２００ａの放電端付近に高輝度の発光領域２００ｃが発生する。また、両電極２００ａ，２００ｂ間には、低輝度の発光領域２００ｄが形成される。
【００５０】
発光領域２００ｃから斜め後方に向かって射出した光は、パラボリック反射ミラー２０１のうち光源ランプ２００に近い部分で反射し、発散角θa2をもって拡がりながら第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６に向かう。そして、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６を射出した光束は、収束しながらマスク２０８ｄ間のスリットから偏光変換素子２０８に入射する。
【００５１】
また、発光領域２００ｃから斜め前方に向かって射出した光は、パラボリック反射ミラー２０１のうち光源ランプ２００から離れた部分で反射し、発散角θa1をもって拡がりながら、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６を介して偏光変換素子２０８に向かう。
【００５２】
なお、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６からその焦点距離ｆの位置に偏光変換素子２０８のマスク２０８ｄ間のスリット開口が配置されている。
【００５３】
図４（Ａ）には、図３（Ａ）に示した照明光学系に交流駆動型の光源ランプ２５０を用いた場合の偏光変換素子２０８に入射する光束の様子を示している。
【００５４】
光源ランプ２５０は、電極２５０ａの放電端と電極２５０ｂの放電端との間にパラボリック反射ミラー２０１の焦点が位置するように配置されている。  光源ランプ２５０に交流バイアスを印加すると、両電極２５０ａ，２５０ｂ間でガスが励起され、電極２５０ａの放電端付近と電極２５０ｂの放電端付近とに２つの高輝度の発光領域２５０ｃ１，２５０ｃ２が発生する。また、両電極２５０ａ，２５０ｂ間には、低輝度の発光領域２５０ｄが形成される。
【００５５】
２つの発光領域２５０ｃ１，２５０ｃ２から斜め後方に向かって射出した光は、パラボリック反射ミラー２０１のうち光源ランプ２５０に近い部分で反射し、発散角θb2をもって拡がりながら第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６に向かう。そして、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６を射出した光束は、収束しながらマスク２０８ｄ間のスリットから偏光変換素子２０８に入射する。
【００５６】
なお、図４（Ａ）においても、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６からその焦点距離ｆの位置に偏光変換素子２０８のマスク２０８ｄ間のスリット開口が配置されている。
【００５７】
また、２つの発光領域２５０ｃ１，２５０ｃ２から斜め前方に向かって射出した光は、パラボリック反射ミラー２０１のうち光源ランプ２５０から離れた部分で反射し、発散角θb1をもって拡がりながら、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６を介して偏光変換素子２０８に向かう。
【００５８】
ここで、図３（Ａ）および図４（Ａ）において、
θa1＜θb1
θa2＜θb2
の関係がある。
【００５９】
図４（Ｂ）には、交流駆動型ガス励起ランプである光源ランプ２５０を用いた場合における、マスク２０８ｄ間のスリットに向かう光束を示している。光源ランプ２５０が２点の高輝度発光部分を形成しているため、該光束の強度分布は、図に示すようにスリットの周辺が最も高いものとなる。しかし、光束の発散角θｂ１，θｂ２が比較的大きいため、スリットに向かう光束のうちマスク２０８ｄによってけられる範囲が大きい。このため、マスク２０８ｄが設けられていることによる光量落ちが大きくなる。
【００６０】
これに対して、図３（Ｂ）には、直流駆動型放電ガス励起発光管である光源ランプ２００を用いた本実施例の場合における、マスク２０８ｄ間のスリットに向かう光束を示している。光源ランプ２００が１点の高輝度発光部分を形成しているため、該光束の強度分布は、図に示すようにスリットの略中心が最も高く、周辺に向かって低いものとなる。つまり、該光束の光強度分布の拡がりが図４（Ｂ）に比べて抑えられている。
【００６１】
しかも、光束の発散角θａ１，θａ２がそれぞれ，交流駆動型の光源ランプ２５０を用いた図４（Ａ）に示す場合の発散角θｂ１，θｂ２よりも小さいために、スリットに向かう光束のうちマスク２０８ｄによってけられる範囲は小さい。
【００６２】
つまり、もともとマスク２０８ｄによってけられる光束範囲が小さい上に、そのけられる範囲の光強度が低いために、マスク２０８ｄが設けられていることによる光量落ちを交流駆動型放電ガス励起発光管を用いる場合に比べてきわめて少なく抑えることができる。
【００６３】
このように、光源として直流駆動型放電ガス励起発光管を用いることにより、交流駆動型放電ガス励起発光管を用いる場合に比べて偏光変換素子２０８に入射する時点での光量落ちを少なくすることができ、偏光変換素子２０８を用いた照明光学系の光転送効率を向上させることができる。つまり、光源ランプ２００からの光を高効率に利用することができる。
【００６４】
（オプティカルインテグレータについて）
次に、上記照明光学系に用いられているオプティカルインテグレータについて、図５を用いて説明する。
【００６５】
図５中に配置されている各オプティクスにおいて、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０６は図１の第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６に相当する。また、第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０７は、図１の第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０７に相当する。
【００６６】
さらに、シリンドリカルコンデンサーレンズ３０９は、図１のシリンドリカルコンデンサーレンズ２０９に相当する。
【００６７】
これら、第１および第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０６，３０７とシリンドリカルコンデンサーレンズ３０９によってオプティカルインテグレータが構成される。
【００６８】
なお、図５中の光変調パネル３１２は、図１では光変調パネル２１２に相当する。
【００６９】
第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０６に導かれ、オプティカルインテグレート方向に略コリメートされた、図５に矢印で示す光束は、各シリンドリカルレンズの瞳によって図中の縦方向に分割され、各焦線上に集光する。第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０６の焦線の位置は、第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０７の瞳位置の近傍にあり、矢印で示される入射光束が完全にコリメート光である理想的な光束である場合に、この光束が第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０７によってほとんど屈折力を受けないように配されている。
【００７０】
第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０７を通過した各光束は、シリンドリカルコンデンサーレンズ３０９に導かれる。各光束の光軸はシリンドリカルコンデンサーレンズ３０９の光軸からシフトしているため、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０６の各シリンドリカルレンズの瞳によって分割された各光束の光軸はシリンドリカルコンデンサーレンズ３０９の焦線の位置にて集合することとなる。
【００７１】
また、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０６とシリンドリカルコンデンサーレンズ３０９の主平面距離は、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０６の焦点距離とシリンドリカルコンデンサーレンズ３０９の焦点距離の和の距離に設定されているので、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０６の各シリンドリカルレンズの瞳によって分割された各光束は、シリンドリカルコンデンサーレンズ３０９を通過することで、図の断面方向に対して平行光となる。
【００７２】
また、平行光の幅は、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０６の焦点距離に対するシリンドリカルコンデンサーレンズ３０９の焦点距離の比で拡大されるよう設定されている。
【００７３】
一方、光変調パネル３１２の光変調面は、シリンドリカルコンデンサーレンズ３０９の焦線の位置に配置されている。これにより、光変調パネル３１２の変調面でオプティカルインテグレート操作が行われ、照明光学系に入射した光束は、入射時の光強度分布に関わらず、略均一な光強度分布に変換されて光変調パネル３１２の変調面に照射される。
【００７４】
次に、第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０７の機能について説明する。図５に矢印で示される入射光束は完全にコリメートされたものではない。特に、レーザではなく、ガス励起発光の光源ランプ２００を用いている本実施例においては、励起発光領域は小さくても０．１ｍｍオーダーの有限領域を有しているため、コリメートレンズやパラボリック反射ミラーを用いても、完全なコリメートビームを得ることは不可能であり、上記入射光束にはダイバージェンス（発散角）が必ず含まれる。
【００７５】
このダイバージェンス誤差による光変調パネル３１２の照明領域の外形ボケを補正するために、第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０７が設けられている。
【００７６】
図５を用いて説明すると、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０６の各シリンドリカルレンズの瞳で分割された光束は、その瞳の全域からダイバージェンス成分を有しているため、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０６の各シリンドリカルレンズの瞳像を、第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０７とシリンドリカルコンデンサーレンズ３０９の再合成系によって、光変調パネル３１２の変調面に投影結像させている。
【００７７】
第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０７の各シリンドリカルレンズの光入射側の焦線の位置は、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０６の各シリンドリカルレンズの瞳位置に設定されている。第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０６の各シリンドリカルレンズの瞳で分割された光束のダイバージェンス成分は、図５中に細かい点線で示されており、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０６の各シリンドリカルレンズの瞳で分割された光束は、第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０７を通過することで図中の断面方向において平行光に変換され、さらにシリンドリカルコンデンサーレンズ３０９によってこのシリンドリカルコンデンサーレンズ３０９の焦線面に集光する。
【００７８】
つまり、第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー３０６の各アレイの瞳像は、光変調パネル３１２の変調面にオプティカルインテグレートされた状態で重ね合わさって結像する。このことにより、光変調パネル３１２の変調面は、図５の断面方向において、エッジの鋭く立った光強度分布で照明される。
【００７９】
（光強度分布変換のためのオプティクスについて）
次に、上記実施例の照明光学系に組み込まれている光強度分布を変換するオプティクスについて、図６を用いて説明する。
【００８０】
図６中の各オプティクスにおいて、第１シリンドリカルレンズ４０５は図１の第１シリンドリカルレンズ２０５に相当し、第２シリンドリカルレンズ４１０は図１の第２シリンドリカルレンズ２１０に相当する。なお、光変調パネル４１２は図１の光変調パネル２１２に相当する。
【００８１】
略コリメートされた、図６に矢印で示す光束は第１シリンドリカルレンズ４０５に入射する。この第１シリンドリカルレンズ４０５と次に配されている第２シリンドリカルレンズ４１０とで、アフォーカルな凸凸ペアのビームコンプレッサが形成されており、ビームコンプレス倍率は入射光束の幅が光変調パネル４１２の有効幅にほぼ一致するように設定されている。
【００８２】
第１シリンドリカルレンズ４０５と第２シリンドリカルレンズ４１０の主平面間隔は、第１シリンドリカルレンズ４０５の焦点距離と第２シリンドリカルレンズ４０５の焦点距離の和の距離に設定されている。このため、図６中の紙面断面において、略平行光として入射した光束はコンプレス倍率の逆数分だけ角倍率が与えられた略平行光で射出し、光変調パネル４１２に照射される。
【００８３】
一方、第２シリンドリカルレンズ４１０はまた別の機能をも有している。図６中に矢印で示した入射光束は完全にコリメートされたものではない。特にレーザではなく、ガス励起発光の光源ランプ２００を用いている本実施例においては、励起発光領域は小さくても０．１ｍｍオーダーの有限領域を有しているため、コリメートレンズやパラボリック反射ミラーを用いても、完全なコリメートビームを得ることは不可能で、上記入射光束にはダイバージェンス（発散角）が必ず含まれる。
【００８４】
このダイバージェンス誤差による光変調パネル４１２の照明領域の外形ボケを補正する機能を第２シリンドリカルレンズ４１０は有する。
【００８５】
第１シリンドリカルレンズ４０５は、その瞳の全域からダイバージェンス成分を有している光束を通過させるため、この第１シリンドリカルレンズ４０５の瞳像を第２シリンドリカルレンズ４１０によって、光変調パネル４１２の変調面に投影結像させている。
【００８６】
第２シリンドリカルレンズ４１０の光入射側の結像共役線の位置は第１シリンドリカルレンズ４０５の瞳位置に、第２シリンドリカルレンズ４１０の光射出側の結像共役線の位置は光変調パネル４１２の変調面に設定されている。第１シリンドリカルレンズ４０５の瞳光束のダイバージェンス成分は、図６中に細かい点線で示され、第１シリンドリカルレンズ４０５の瞳で分割された各光束は第２シリンドリカルレンズ４１０を通過することで図中断面方向において光変調パネル４１２の変調面に集光する。つまり、第２シリンドリカルレンズ４１０の瞳像が光変調パネル４１２の変調面に転送結像される。
【００８７】
さらに、第１シリンドリカルレンズ４０５と第２シリンドリカルレンズ４１０で構成されるビームコンプレッサは、アフォーカル光学系であり、このビームコンプレッサによる瞳転送の収差として、アフォーカルでの球面収差とも称される、瞳ディストーション収差が意図的に付与されている。第１シリンドリカルレンズ４０５と第２シリンドリカルレンズ４１０のシリンドリカル面の曲率は小さく、光軸からずれるにつれて収差が付与されるように設計されている。図６中に粗い点線で示すように、光軸近傍の光線は、第２シリンドリカルレンズ４１０を通過した後、図６の紙面断面において、若干の発散光束に変換される。
【００８８】
一方、光軸から離れた瞳外側の光線は、第２シリンドリカルレンズ４１０を通過した後、図６の紙面断面において、若干の収束光束に変換されている。このように発散収束の変化が滑らかに連続的に付与されているため、図６の紙面断面における光変調パネル４１２の変調面において、中央部の光線密度が薄くなり、端部の光線密度が濃くなり、光変調パネル４１２の変調面を照明する光強度分布は、ガス励起光源とパラボリック反射ミラーからなるランプユニットからの矢印で示される入射光束の光強度分布に、上述した光線密度分布がかけ合わされた分布となる。
【００８９】
ここで、光変調パネルが、この光強度変換オプティクスと図５で説明したオプティカルインテグレータとの組み合わせによって、どのような光強度分布で照明されるかを図７および図８を用いて説明する。
【００９０】
図７および図８には、本実施例の照明光学系による光変調パネル上での光強度分布の形成プロセスを示している。図７（ａ）および図８（ａ）は、光源ランプ２００とパラボリック反射ミラー２０１からなるランプユニットから放射された光束の断面プロファイルを示しており、図７（ａ）においては明るい部分ほど光強度が高いことを示している。また、図８（ａ）において、実線のグラフは図７（ａ）における縦（Ｙ）方向（矩形の光変調パネルの短辺方向）の中心（０ｍｍ）における横（Ｘ）方向断面での光強度分布を、点線のグラフは図７（ａ）における横（Ｘ）方向（光変調パネルの長辺方向）の中心（０ｍｍ）における縦（Ｙ）方向断面での光強度分布をそれぞれ示している。
【００９１】
図７（ａ）および図８（ａ）に示す光束の光強度分布は、図７（ａ）にて横線で区切られた領域ごとにオプティカルインテグレータによって分割積分され、図７（ｂ）に示す、上述したビームコンプレッサーの瞳ディストーション収差による光変調パネルの変調面での光線密度分布が、光強度変換オプティクスの方向にかけ合わされて、図７（ｃ）および図８（ｃ）に示す光変調パネルの変調面での光強度分布が得られる。
【００９２】
図７（ｃ）および図８（ｃ）から分かるように、光変調パネルの変調面に入射する照明光束の光強度分布は、強度が高く、かつほぼフラット（均一）な分布となっている。
【００９３】
ただし、当然のことながら、ビームコンプレッサの瞳ディストーション収差を所定値に設計することによって、光変調パネルの変調面での光線密度分布は目的に合わせてかえることが可能である。したがって、光変調パネルの変調面に入射する照明光束の光強度分布は、光強度変換オプティクスの作用する方向に対して、意図的に所定の分布を持たせることができるものである。
【００９４】
次に、以上説明してきた照明光学系によって得られる特性について、図９および図１０を用いて説明する。
【００９５】
図１０は、従来の２次元フライアイレンズアレイのペアによりオプティカルインテグレート操作された照明光束の光変調パネルの変調面等の被照明面への光線入射角度分布を示している。図１０（ａ）において、外周が方位角３６０度方向で、放射軸が被照明面の法線（垂直入射軸）に対する仰角を示している。この図の場合、外周が２０度の仰角で示されている。また、図１０（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、図１０（ａ）におけるＢ−Ｂ断面およびＣ−Ｃ断面での光強度分布を示している。
【００９６】
一方、図９は本実施例の照明光学系によって得られる照明光束の光変調パネルの変調面等の被照明面への光線入射角度分布を示している。図９（ａ）において、外周が方位角３６０度方向で、放射軸が被照明面のへの光線入射角度分布を示している。この図の場合、外周が２０度の仰角で示されている。また、図９（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、図９（ａ）におけるＢ−Ｂ断面およびＣ−Ｃ断面での光強度分布を示している。
【００９７】
図９（ａ）と図１０（ａ）との比較から分かるように、被照明面に対して照射される光束は、被照明面において略均一な光強度分布が両者共に得られるが、光束の入射角度特性においては大きな違いが生じる。
【００９８】
すなわち、図１０（ａ）に示すように、２次元フライアイレンズアレイのペアによりオプティカルインテグレート操作された照明光束は、被照明面に対して方位角的に２軸対称な光線分布となる。
【００９９】
これに対し、本実施例の場合、図９（ａ）に示すように、図中の縦方向のオプティカルインテグレート方向（Ｂ−Ｂ方向）においては同様の仰角を有するが、光強度変換オプティクスの作用する方向（Ｃ−Ｃ方向）においては、オプティカルインテグレートによる光束の重ね合わせ操作を伴わないため、ランプユニットから放射された光束のダイバージェンス角度に対して、ビームコンプレッサのコンプレス倍率による角倍率に依存する仰角を有することとなる。したがって、被照明面へ光線入射角度は、光強度変換オプティクスの作用する方向において非常に小さく抑えることが可能となる。
【０１００】
具体的には、被照明面の法線方向に対する入射光線の偏差角によって変化する照明光の被照明面での強度分布について、被照明面における互いに直交する２軸（Ｂ−Ｂ軸およびＣ−Ｃ軸）方向のそれぞれでピーク値Ｐの半値（１／２Ｐ）となる角度幅の比α：βが、２：１以上のアスペクト比を有する。
【０１０１】
より詳細には、Ｂ−Ｂ軸におけるピーク値の半値となる角度幅が、Ｃ−Ｃ軸におけるピーク値の半値となる角度幅の２倍以上である。また、Ｂ−Ｂ軸方向におけるピーク値の半値となる角度幅の最大値が、Ｃ−Ｃ軸方向におけるピーク値の半値となる角度幅の最大値の２倍以上であるようにしてもよい。
【０１０２】
以下、このような特性によって、この照明光学系を用いた投射型画像表示装置の性能がどのような影響（利点）を受けるかについて説明する。
【実施例２】
【０１０３】
図１１には、本発明の第２実施例である投射型画像表示装置の全光学系を示している。
【０１０４】
この図において、１は上記第１実施例で説明した照明光学系を模式的に示したものである。なお、照明光学系１内の左側の図は、右側に示した照明光学系１を矢印Ｄ方向から見た図である。
【０１０５】
２Ｒ，２Ｇ，２Ｂはそれぞれ、レッド用、グリーン用およびブルー用の反射型液晶変調パネル（以下、液晶変調パネルという）である。３は光変調パネルドライバであり、不図示のパーソナルコンピュータ、テレビ、ビデオ、ＤＶＤプレーヤ等の画像情報供給装置からの外部ビデオ入力信号を液晶変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを駆動するための駆動信号に変換する。液晶変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは入力された駆動信号に応じた原画を液晶により形成し、液晶変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに入射した照明光束を反射するとともに変調する。
【０１０６】
照明光学系１からの図の紙面に垂直な方向に偏光した直線偏光としての照明光は、マゼンタ色光成分を反射し、グリーン色光成分を透過するマゼンタ分離ダイクロイックミラー３０によってまずマゼンタ色光成分が反射される。
【０１０７】
反射されたマゼンタ色光成分は、ブルー色光の偏光にπの位相差を与えるブルークロスカラー偏光子３４に入射する。これにより、図の紙面に平行な方向に偏光した直線偏光であるブルー色光成分と、紙面に垂直な方向に偏光した直線偏光であるレッド色光成分とが生成される。
【０１０８】
これらブルー色光成分とレッド色光成分は、偏光ビームスプリッタ３３に入射し、Ｐ偏光であるブルー色光成分は偏光分離膜を透過してブルー用液晶変調パネル２Ｂに導かれる。また、Ｓ偏光であるレッド色光成分は偏光分離膜で反射してレッド用液晶変調パネル２Ｒに導かれる。
【０１０９】
一方、マゼンタ分離ダイクロイックミラー３０を透過したグリーン色光成分は、光路長を補正するためのダミーガラス３６を通過して偏光ビームスプリッタ３１に入射する。
【０１１０】
偏光ビームスプリッタ３１に入射したＳ偏光であるグリーン色光成分は、偏光ビームスプリッタ３１の偏光分離膜で反射して、グリーン用液晶変調パネル２Ｇに導かれる。
【０１１１】
こうして各液晶変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、対応する色光成分で照明される。
【０１１２】
各液晶変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに入射した各色照明光（図の紙面に垂直な方向に偏光した直線偏光）は、各液晶変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに配列された画素の変調状態に応じて偏光の位相差が付与される。
【０１１３】
各液晶変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂから射出した変調光のうち照明光と同じ方向の偏光成分は、照明光路とは逆の順番で光路を辿ってランプユニット側に戻り、照明光の偏光方向に対して直交する偏光方向を有する成分に関しては以下のようにして投射レンズ４に至る。
【０１１４】
すなわち、レッド用液晶変調パネル２Ｒによる変調光は、偏光方向が図の紙面に平行なＰ偏光となり、偏光ビームスプリッタ３３の偏光分離膜を透過する。次に、レッド色の偏光にπの位相差を与えるレッドクロスカラー偏光子３５を通過して、図の紙面に垂直な方向に偏光している直線偏光としてのレッド色光成分に変換される。
【０１１５】
そして、Ｓ偏光となったレッド色光成分は、偏光ビームスプリッタ３２に入射し、偏光分離膜で反射して投射レンズ４に向かう。
【０１１６】
また、ブルー用液晶変調パネル２Ｂによる変調光は、偏光方向が図の紙面に垂直なＳ偏光となり、偏光ビームスプリッタ３３の偏光分離膜で反射して、レッドクロスカラー偏光子３５をこの偏光子３５の作用を受けずに透過して、偏光ビームスプリッタ３２に入射する。
【０１１７】
Ｓ偏光であるブルー色光成分は、偏光ビームスプリッタ３２の偏光分離膜で反射して、投射レンズ４の方向に向かう。
【０１１８】
さらに、グリーン用液晶変調パネル２Ｇによる変調光は、偏光方向が図の紙面に平行なＰ偏光となり、偏光ビームスプリッタ３１の偏光分離膜を透過して、光路長を補正するためのダミーガラス３７を透過し、偏光ビームスプリッタ３２に入射する。Ｐ偏光であるグリーン色光成分は、偏光ビームスプリッタ３２の偏光分離膜を透過して、投射レンズ４の方向に向かう。
【０１１９】
なお、液晶変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、各パネルの所定の画素が相対的に精度良く光拡散スクリーン５上で重なるように調整又はメカ的若しくは電気的に補償されている。
【０１２０】
偏光ビームスプリッタ３２によって合成された各色光成分は、投射レンズ４の入射瞳によって捕らえられる。各液晶変調パネル２Ｇの変調面と光拡散スクリーン５の拡散面とは、投射レンズ４によって光学的に共役に関係付けられている。このため、偏光ビームスプリッタ３２によって合成された各色光成分は、光拡散スクリーン５に転送され、これによりビデオ信号に対応する画像が光拡散スクリーン５に投射表示される。
【０１２１】
ここで、液晶変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを照明する光路に用いられているダイクロイックミラー３０のダイクロイック膜は、光線の入射角のダイクロイック膜に対して４５度からの偏差量が増大していくと、分離波長が鈍角側では短波長側に、鋭角側では長波長側にシフトする特性を持っている。
【０１２２】
このため、従来の２次元フライアイレンズアレイのペアーによるオプティカルインテグレータを照明光学系に用いると、図１０（ａ）に示したような入射角度分布の光束がダイクロイック膜に入射するため、光線入射角がダイクロイック膜に対して４５度からずれるに従い、波長帯域が異なった光束が混在することとなる。
【０１２３】
ここで、光源であるランプユニットが黒体輻射のようななだらかな放射エネルギー波長分布特性を有しているのであれば、ダイクロイック膜に入射する角度が４５度に対して対称となるため、平均カット波長は変化しない。しかし、本実施例のように、ガス励起発光を用いた電子励起放射のランプユニットにおいては、放射エネルギー波長分布は、輝線が主体となる波長スペクトル分布を有するため、平均カット波長は重心で変化することとなる。したがって、ダイクロイック膜による色分離が不適切となって、投射画像の色再現性が不自然となる不具合が生じてしまう。
【０１２４】
また、液晶変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを照明する光路や、色合成光路に用いられている偏光ビームスプリッタ３１，３２，３３は、マックニール型の一般的な偏光ビームスプリッタであり、ブリュースター角を用いたＳ偏光とＰ偏光の偏光分離面を有するため、光線入射角の偏光分離面に対して４５度からの偏差量が増大していくと、急激にＳ偏光とＰ偏光の分離精度が劣化する。
【０１２５】
実際に、Ｓ偏光とＰ偏光の分離精度が５０対１程度に保てるのは、４５度からの偏差量が±３度程度である。このため、従来の２次元フライアイレンズアレイのペアによるオプティカルインテグレータを用いると、図１０（ａ）に示したような入射角度分布の光束が偏光ビームスプリッタ３１，３２に入射し、また、液晶変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂでそれぞれ反射偏光変調を受けてから偏光ビームスプリッタ３１，３２，３３に入射するため、光線入射角の偏光分離面に対して４５度からの偏差量が±３度以上になる光束のうちＰ偏光がある比率で反射し、Ｓ偏光がある比率で透過するという不具合が発生する。
【０１２６】
したがって、反射型液晶表示素子からなる各液晶変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに入射した照明光は、各液晶変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに配列された画素の変調状態に応じて偏光の位相差が付与されるが、各色で黒の表示をするために位相差を変化させない光を各液晶変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが変調しても、偏光ビームスプリッタ３１〜３３の偏光分離面に対して４５度から３度以上傾いた光束においては、Ｓ偏光がある比率で透過し、かつＰ偏光がある比率で反射して、投射レンズ４を介して光拡散スクリーン５に転送されてしまい、黒がグレーとなって照度コントラストが劣化する。
【０１２７】
また、各液晶変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの偏光変調特性に関しても、液晶変調パネルとしてツイステッドネマティック液晶を用いている場合には、反射型液晶変調パネルの方位角が斜め４５度方向から照明入射される光に対して、偏光位相差変調パネル２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが精度良く変調できないという特性を根本的に有しているため、略軸対称な方位角から照明を行う従来の２次元フライアイレンズアレイのペアによるオプティカルインテグレータを用いる場合には、液晶の偏光変調が不充分となり、上記偏光ビームスプリッタ３１〜３３の入射角依存特性の場合と同様に、黒がグレーの表示となり、照度コントラストが劣化する。
【０１２８】
これらの不具合に対して、上記第１実施例にて説明した照明光学系１を用いることによって、図９（ａ）に示したような入射角度分布の光束が得られるため、ダイクロイックミラー３０への入射においては、光線入射角のダイクロイック膜に対して４５度からの偏差量が±３〜４度以内程度に収まるため、従来の２次元フライアイレンズアレイのペアによるオプティカルインテグレータを用いた場合に生ずる、ダイクロイック膜による色分離において、平均カット波長が重心で変化することによる不適切な色合成がなされ、投射画像の色再現性が不自然となることがほとんど解消される。
【０１２９】
また、偏光ビームスプリッタ３１〜３３への入射においては、光線入射角の偏光分離面に対して４５度からの偏差量が±３〜４度以内程度に収まるため、従来の２次元フライアイレンズアレイのペアによるオプティカルインテグレータを用いた場合に生ずる、液晶変調パネルに配された画素の変調状態に応じない偏光波分離エラーによる照度コントラストの劣化がほとんど解消される。
【０１３０】
また、反射型液晶変調パネルの入射角に依存する偏光位相差変調の不具合に関しても、液晶の偏光変調が不充分となる方位角からの照明光束成分がほぼ皆無となるため、照度コントラストの劣化がほとんど解消される。
【０１３１】
また、本実施例の投射型画像表示装置においては、投射レンズ４に関しての利点も生ずる。すなわち、液晶変調パネルの長辺方向に偏光分離方向を設定したり、波長分離方向を設定したりすることで、投射レンズ４の投射画角が大きくなる方向に、図９（ａ）に示した横方向の照明角度分布が狭い方向を設定することが可能となるため、投射レンズ４のビネッテイングと呼ばれる開口喰が発生する方向に通過する光束の幅が狭くなる。つまり、投射レンズ４の瞳開口喰による光束のけられを軽減する効果があり、光拡散スクリーン５に投影した画像領域の端部における光量減少を防止して、均一な光強度分布の投射画像を得ることができる。
【０１３２】
なお、上記第２実施例では、反射型のスクリーンを用いて画像表示システムを構成したが、スクリーンは反射型であっても透過型であってもよい。特に、所定の拡散性を有するものを用いれば、スクリーン５を直視して画像を認識する投射型画像表示装置として機能するものである。
【０１３３】
また、上記第２実施例にて説明した投射表示光学系の構成は例にすぎず、本発明の照明光学系は、第２実施例以外の投射表示光学系にも適用することができる。
【０１３４】
また、上記の各実施例では、オプティカルインテグレータとして、レンズアレイを用いて光源から概ね平行光束として入射した照明光束の進行方向に略直交する断面上での第１の軸方向（垂直方向）について照明光束の分割および再合成を行う第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０６、第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー２０７を用い、光源として直流駆動型の放電ガス励起発光管（光源ランプ）２００を用いた例について説明したが、本発明は、オプティカルインテグレータとして、光源から概ね平行光束として入射した照明光束の進行方向に略直交する断面上での第１および第２の軸方向（垂直および水平方向）について照明光束の分割および再合成を行う２次元レンズアレイを用い、光源として直流駆動型の放電ガス励起発光管（光源ランプ）２００を用いる構成にも適用することができる。
【０１３５】
さらに、以上説明した各実施例は、以下に示す各発明を実施した場合の一例でもある。下記の各発明は上記各実施例に様々な変更や改良が加えられて実施されるものでもある。
【０１３６】
〔発明１〕  光源と、
レンズアレイを用いて、前記光源から概ね平行光束として入射した照明光束の進行方向に直交する２次元断面内での第１の軸方向について該照明光束の分割および再合成を行うオプティカルインテグレータと、
前記レンズアレイの所定レンズ領域に対応した多段構成の複数の偏光ビームスプリッタを有する偏光ビームスプリッタアレイと、前記各偏光ビームスプリッタにて分離された互いに偏光方向が直交する第１および第２の偏光光のうち前記第１の偏光光の偏光方向を略９０°回転させる複数の１／２波長板、および前記第２の偏光光の前記各１／２波長位相差板への入射を遮るよう前記偏光ビームスプリッタアレイの入射面のうち複数の領域を覆うマスクを有する偏光変換素子とを有し、
前記光源として、直流駆動型の放電ガス励起発光発光管が用いられていることを特徴とする照明光学系。
【０１３７】
〔発明２〕  前記マスクの開口部を通過する光束が、該開口部内における略中心が周辺よりも高い強度分布を持つことを特徴とする発明１に記載の照明光学系。
【０１３８】
〔発明３〕  略矩形の被照明面を照明し、
前記第１の軸方向が、前記被照明面の短辺方向であることを特徴とする発明１に記載の照明光学系。
【０１３９】
〔発明４〕  前記オプティカルインテグレータと、
前記断面上での前記第１の軸方向に対して直交する第２の軸方向について、光強度分布の変換を行う光強度変換手段とを有することを特徴とする発明１から３のいずれかに記載の照明光学系。
【０１４０】
〔発明５〕  概ねテレセントリックな照明光束で被照明面を照明し、
前記被照明面の法線方向に対する入射光線の偏差角によって変化する照明光の前記被照明面での強度分布が前記被照明面における互いに直交する２軸方向のそれぞれでピーク値の半値となる角度幅の比が、２：１以上のアスペクト比を有することを特徴とする発明１から４のいずれか１項に記載の照明光学系。
【０１４１】
これにより、発明１の作用効果に加え、光源からの光を高効率に利用し、照度の均一性が高い照明光束が得られる照明光学系を実現することができる。そして、この照明光学系を投射表示光学系に用いることにより、明るくコントラストの高い投射画像が得られる。
【０１４２】
〔発明６〕  発明１から５のいずれか１項に記載の照明光学系と、
この照明光学系から射出した光束を、２次元配列された画素群により変調する空間光変調素子と、
この空間光変調素子により変調された光束を被投射面に投射する投射レンズとを有することを特徴とする投射表示光学系。
【０１４３】
〔発明７〕  発明６に記載の投射表示光学系を備えたことを特徴とする投射型画像表示装置。
【０１４４】
〔発明８〕  発明７に記載の投射型画像表示装置と、前記被投射面を形成するスクリーンとを有し、前記スクリーンでの所定の指向性を有した拡散反射光又は拡散透過光によって投射画像を観察させることを特徴とする画像表示システム。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の第１実施例である照明光学系の概略構成図。
【図２】上記照明光学系に含まれる偏光変換素子の概略構成図。
【図３】上記照明光学系の直流駆動型放電ガス励起発光管から偏光変換素子に向かう光束の様子を示した概略図。
【図４】照明光学系において交流駆動型放電ガス励起発光管から偏光変換素子に向かう光束の様子を示した概略図。
【図５】上記照明光学系に組み込まれるオプティカルインテグレータの機能を説明する概略図。
【図６】上記照明光学系に組み込まれる光強度変換オプティクスの機能を説明する概略図。
【図７】上記照明光学系により略均一な光強度分布を生成する過程を説明する図。
【図８】上記照明光学系により略均一な光強度分布を生成する過程を説明する図。
【図９】上記照明光学系による光変調パネルへの光照射角度分布を示す図。
【図１０】従来の２次元オプティカルインテグレータを用いた照明光学系による光変調パネルへの光照射角度分布を示す図。
【図１１】本発明の第２実施例である投射型画像表示装置の構成を示す概略図。
【符号の説明】
【０１４６】
１  照明光学系
２，２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ  液晶変調パネル
３  光変調パネルドライバ
４  投射レンズ
５  光拡散スクリーン
３０  ダイクロイックミラー
３１〜３３  偏光ビームスプリッタ
３４  ブルークロスカラー偏光子
３５  レッドクロスカラー偏光子
３６，３７  ダミーガラス
２００  光源ランプ（直流駆動型放電ガス励起発光管）
２０１  パラボリック反射ミラー
２０２  紫外線カットフィルター
２０５，３０５，４０５  第１シリンドリカルレンズ
２０６，３０６  第１シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー
２０７，３０７  第２シリンドリカルレンズアレイホモジナイザー
２０８  偏光変換素子
２０９，３０９  シリンドリカルコンデンサーレンズ
２１０，３１０，４１０  第２シリンドリカルレンズ
２１２，３１２，４１２  光変調パネル
２５０  光源ランプ（交流駆動型放電ガス励起発光管）
【図１】
2008186022.tif 000003
【図２】
2008186022.tif 000004
【図３】
2008186022.tif 000005
【図４】
2008186022.tif 000006
【図５】
2008186022.tif 000007
【図６】
2008186022.tif 000008
【図７】
2008186022.tif 000009
【図８】
2008186022.tif 000010
【図９】
2008186022.tif 000011
【図１０】
2008186022.tif 000012
【図１１】
2008186022.tif 000013