(57)【要約】【課題】小型で簡単な構造により光インテグレータの機能を実現し、且つ光利用効率が高く高性能な照明光学系構造、及び投写型表示装置を実現する。【解決手段】ランプ１の発する光が、進行方向に進む光の一部を反射する第１反射鏡４と、この第１反射鏡で反射した逆進方向に進む光の一部を反射する第２反射鏡３とで光キャビティＣ２を構成し、この光キャビティＣ２の第１反射鏡４の中央部分の開孔４に被照明物体としての柱状光学素子５を配置し、第２反射鏡の中央部に進行方向に進む光が通過するための窓１３を設ける。【選択図】        図１
2004212759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発する光を、所定の光路に沿って被照明物体に導く照明光学系構造において、
前記光源の発する光が、前記所定の光路に沿って光源から離れる方向を進行方向とし、光源に近づく方向を逆進方向としたとき、進行方向に進む光の一部を反射する第１反射鏡と、
該第１反射鏡で反射した逆進方向に進む光の一部を反射する第２反射鏡と
を有し、
前記第１反射鏡と前記第２反射鏡とを対向することにより光キャビティを構成すると共に、第１反射鏡の近傍又は部分に被照明物体を配置し、前記第２反射鏡の近傍又は部分に進行方向に進む光が通過するための窓を設けたことを特徴とする照明光学系構造。
【請求項２】
前記第１反射鏡及び前記第２反射鏡の各形状と相対位置が、前記被照明物体を照明する光の閉じ込めを可能とする前記光キャビティを形成するように設定されていることを特徴とする請求項１記載の照明光学系構造。
【請求項３】
前記第１反射鏡を平面鏡、前記第２反射鏡を光源に向かって凸形状の球面鏡とし、前記第１反射鏡の略中央部に前記被照明物体の光入力端面が位置し、前記第２反射鏡の略中央部に前記窓を設けたことを特徴とする請求項２記載の照明光学系構造。
【請求項４】
前記第２反射鏡の焦点が、該第２反射鏡から前記被照明物体を見たときに、前記光入力端面の背後にあることを特徴とする請求項３記載の照明光学系構造。
【請求項５】
更に、微小空間から光を発生する光源と、該光源の発する光を前記光キャビティの内部又は前記窓に集光する集光手段と
を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の照明光学系構造。
【請求項６】
前記被照明物体が光を反射する特性を有する反射型光学素子を含むことを特徴とする請求項１記載の照明光学系構造。
【請求項７】
前記被照明物体の少なくとも一部領域が反射型ビームスプリッタ、又はダイクロイックフィルタであることを特徴とする請求項６記載の照明光学系構造。
【請求項８】
前記被照明物体が、移動又は時間と共に形状が変化する反射領域を有する光学素子を含むことを特徴とする請求項６記載の照明光学系構造。
【請求項９】
前記被照明物体が、更に反射型ライトバルブを含むことを特徴とする請求項７又は８記載の照明光学系構造。
【請求項１０】
前記被照明物体が、光走査手段を含むことを特徴とする請求項８記載の照明光学系構造。
【請求項１１】
前記被照明物体が、投写する画像信号のフレーム周波数に同期した動作を行う輝度変調手段を含むことを特徴とする前記請求項８記載の照明光学系構造。
【請求項１２】
前記第１反射鏡の略中央部に矩形領域の穴を設け、該穴の進行方向背後に、少なくとも赤色、緑色、青色の光を通過する複数の相互に近接したセグメントを有する回転可能なダイクロイックフィルタを、照明光軸と概ね直交するように配置したこと特徴とする請求項１０記載の照明光学系構造。
【請求項１３】
前記ダイクロイックフィルタに隣接対向して、反射型液晶ライトバルブを設けたことを特徴とする請求項１２記載の照明光学系構造。
【請求項１４】
前記第１反射鏡の略中央部に矩形領域の穴を設け、該穴の進行方向背後に、少なくとも透過率が異なる複数の相互に近接したセグメントを有する回転可能な反射型ビームスプリッタを、照明光軸と概ね直交するように配置したことを特徴とする前記請求項１１記載の照明光学系構造。
【請求項１５】
前記被照明物体が、逆進方向に進行する光を伴う光学系の光入力面であることを特徴とする請求項１記載の照明光学系構造。
【請求項１６】
前記光キャビティの内部に、反射型偏光分離手段を照明光軸に対して傾斜して配置したことを特徴とする請求項１記載の照明光学系構造。
【請求項１７】
更に、前記光キャビティの内部に、ダイクロイックフィルタを照明光軸と傾斜して配置したことを特徴とする請求項１６記載の照明光学系構造。
【請求項１８】
前記光キャビティの内部又は近傍の光路中に、位相板を設けたことを特徴とする請求項１記載の照明光学系構造。
【請求項１９】
前記第１反射鏡の中央部に、前記被照明物体として、照明光軸と直交するように１／４波長板及び反射型偏光分離素子を近接配置したことを特徴とする前記請求項１８記載の照明光学系構造。
【請求項２０】
更に単一方向の偏光光を出力する単一偏光光出力手段を有し、前記小窓を介して、前記光キャビティ内部に単一方向の偏光光を入力することを特徴とする請求項１６又は１７記載の照明光学系構造。
【請求項２１】
前記単一偏光光出力手段が、
光源の発する光を、第１方向の偏光光である第１ビームと第２方向の偏光光である第２ビームとに分離する反射型偏光分離手段と、該第２のビームの偏光方向を９０度回転した第３のビームとする偏光方向回転手段と、前記第１と第３のビームを前記光キャビティに導く集光手段と
を有することを特徴とする請求項２０記載の照明光学系構造。
【請求項２２】
前記単一偏光光出力手段が、
光源の発する光を、第１方向の偏光光である第１ビームと第２方向の偏光光である第２ビームとに分離する反射型偏光分離手段と、前記第１と第２のビームが属する仮想平面と垂直方向に前記第１及び第２のビームを各々略直角に曲げて第３及び第４のビームとする鏡と、該第３と第４のビームを前記光キャビティに導く集光手段と
を有することを特徴とする請求項２０記載の照明光学系構造。
【請求項２３】
光入力端面が長軸と短軸を有するライトバルブを前記被照明物体として用い、該光入力端面の長軸方向に２つのビーム中心をずらして照射することを特徴とする請求項２１又は２２記載の照明光学系構造。
【請求項２４】
ライトバルブを前記被照明物体として用い、更に前記光キャビティ内部、又は該光キャビティから前記ライトバルブ至る照明光の光路に配設された光センサーと、該光センサーの検出した光強度をもとに、前記ライトバルブの光変調の度合いを調整する光変調制御手段と
を有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系構造。
【請求項２５】
更に、前記所定の光路に配設され、照明光の強度を制御可能な光強度変更手段と、前記光キャビティ内部、又は該光キャビティから前記被照明物体に至る照明光の光路に配設された光センサーと、該光センサーの検出した光強度をもとに前記光強度変更手段を制御する光強度制御手段と
を有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系構造。
【請求項２６】
請求項１乃至２５の何れかの照明光学系構造と、
該照明光学系構造の前記被照射物体を経由した光をスクリーンに投写する投写レンズと
を有することを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像を形成するライトバルブに光源の発する光を導く照明光学系に関し、またこの照明光学系を用いた投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投写型表示装置においては、照明光学系が光源の発した光を集光、伝達するとともに、均一な断面内強度の光に変換したうえで導くことによりライトバルブを照明する。光源としては、超高圧水銀ランプなどが用いられ、ランプが発する発散光はランプ近傍に設けた凹面鏡により、平行光又は収束光に変換され、照明光学系に入力される。ランプの発する光を集光すると、光軸と垂直な断面上では中央部ほど明るいほぼ回転対称の光強度分布となるが、この光強度分布は、矩形のライトバルブの照明を行うには適さないので、照明光学系において、断面上の光強度が所定の矩形領域で均一となる照明光線に変換する。
【０００３】
このような照明光線を得る方法の１つが、柱状光学素子を使用する方法であり、角柱形状のガラスまたは中空鏡の一端にランプの光を集光して入力すると、内部で繰り返し反射することにより混ぜ合わされて、他の端面から、均一な矩形の照明光が出力される（例えば、特許文献１を参照）。他の方法としては、２枚のレンズアレイを使用する方法があり、第１レンズアレイを構成する矩形のレンズ外形を、第２レンズアレイのレンズによりライトバルブ外側に結像することにより、第一レンズアレイを構成する多数のレンズを通過するランプの光の輝度分布を平均化し、矩形均一照明を得る（例えば、特許文献２を参照）。
【０００４】
ライトバルブが液晶素子である場合には、単一方向の偏光光を照明光線として利用する。ランプなどの光源は様々な偏光方向の光を発するので、光の利用効率を高くするためには、第１の方向の偏光光をライトバルブに照射する場合を想定すると、第１の方向と直交する第２の方向の偏光光は、第１の方向の光に変換することが必要である。偏光変換を行う方法としては、柱状光学素子と組み合わせる方法（例えば、特許文献３を参照）や、レンズアレイと組み合わせる方法（例えば、特許文献４を参照）、プリズム、位相板、および鏡を使用する方法（例えば、特許文献５を参照）などがある。
【０００５】
また、小型で安価な投写型表示装置を実現するためには、ライトバルブの数は少ない方が良い。一枚のライトバルブを使用してフルカラーの画像を投写する装置（例えば、非特許文献１の図２を参照）によると、カラーホイールを使用することにより三原色の各色について順次表示を行うので、非表示の２色の光は廃棄することとなり、ランプが発生する光の利用効率が低くなる。そこで光利用効率を高くするために、１枚のライトバルブに２つ以上の原色光を同時に照射する方法が提案されている（例えば、特許文献６、特許文献７、および非特許文献１の図９を参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０７−９８４７９号公報（第２図）
【特許文献２】
特開平０３−１１１８０６号公報（第３図）
【特許文献３】
米国  Ｐａｔｅｎｔ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．：ＵＳ２００１／０００８４７０  Ａ１
（第９図）
【特許文献４】
特開２０００−２８４２２９号公報（第１図）
【特許文献５】
特開昭６３−１２１８２１号（第１図）
【特許文献６】
特開平０４−３１６２９６号公報（第１図）
【特許文献７】
米国  Ｐａｔｅｎｔ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．：ＵＳ２００２／０１３５８６２  Ａ１
（第６図）
【非特許文献１】
Ｓｅｒｇｅ  Ｂｉｅｒｈｕｉｚｅｎ  、Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐａｎｅｌ  Ｃｏｌｏｒ  Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒｓ  ｗｉｔｈ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  、ＳＩＤ  ’０２  Ｄｉｇｅｓｔ−５５．５  、（第２図、第９図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の照明光学系では、光インテグレータとして柱状光学素子を用いる場合、均一な照明光を得るためには素子の長さがある程度長いことが必要となる。また、レンズアレイを用いる方法においては２枚のレンズアレイの断面寸法が大きく、さらに２枚の間に距離が必要なため、これらの結果として装置が大型化することが問題であった。
【０００８】
また偏光変換を行うためには、柱状光学素子を使用した場合、光を入力する側の素子端面にアパチャーを設ける必要があるが、この場合ランプ光を通過させる際に損失が発生することが問題となる。レンズアレイの後に短冊状の変換プリズムを設ける場合には、素子構造が複雑なため安価に製造することが難しいことが問題となる。更に偏光分離プリズムと位相板と鏡を用いた場合には、構造が複雑で重たいことが問題であった。
【０００９】
更に、１枚のライトバルブでフルカラー表示を行うために、カラーホイールを使用する場合には光の利用効率の低下が問題となり、回転プリズムを使用する場合には構造が複雑で寸法が大きいことが問題となり、ＢＭＦ（Ｂａｎｄ  ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＦｉｌｔｅｒ）スイッチを使用した場合には素子寿命を長くし難いことが問題となる。
【００１０】
更に、１枚のライトバルブでフルカラー表示を行うために、渦巻き状の色セグメントを有するカラーホイールを使用する場合には、色セグメントにおける反射光を回収するために入力端面にアパチャーを設けた柱状光学素子を使用するので、光損失が発生することが問題であった。また、光源が僅かでも移動すると投写画像の輝度が大幅に低下するといった問題もあった。
【００１１】
また、照明光学系において反射型光スイッチ、ダイクロイックミラー、反射型偏光分離素子、反射型ライトバルブなどの反射型光学素子が光軸と直交して配置される構成では、反射光がランプに向かって逆進方向に進行し、ランプに戻った反射光の一部がランプ電極の温度上昇や寿命劣化を引き起こす問題が発生することがあった。
【００１２】
本発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、小型で、簡単な構造により光インテグレータの機能を有する照明光学系を得ることを目的とする。また、本発明は、反射型光学素子が反射した光を、光源まで戻すことなく、照明光として再利用することができる照明光学系を実現することを目的とする。更に、本発明は、上記照明光学系を用いることで、小型且つ安価であると共に、投写画像が明るく、従って高性能な投写型表示装置を実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明光学系構造は、光源から発する光を、所定の光路に沿って被照明物体に導く照明光学系構造において、
前記光源の発する光が、前記所定の光路に沿って光源から離れる方向を進行方向とし、光源に近づく方向を逆進方向としたとき、進行方向に進む光の一部を反射する第１反射鏡と、該第１反射鏡で反射した逆進方向に進む光の一部を反射する第２反射鏡とを有し、
前記第１反射鏡と前記第２反射鏡とを対向することにより光キャビティを構成すると共に、第１反射鏡の近傍又は部分に被照明物体を配置し、前記第２反射鏡の近傍又は部分に進行方向に進む光が通過するための小窓を設けたことを特徴とする。
【００１４】
また本発明の投射型表示装置は、前記した照明光学系構造と、該照明光学系構造の前記被照射物体を経由した光をスクリーンに投写する投写レンズと
を有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明による照明光学系構造の実施の形態１の構成を示す構成図である。
【００１６】
同図の照明光学系構造５１において、光源に相当するランプ１の近傍には集光手段に相当するランプ部反射鏡２が配設されている。このランプ部反射鏡２によって反射された光の光路を形成する位置には、ランプ１に近い方から順に、第２反射鏡３、第１反射鏡４、柱状光学素子５、位相板としての１／４波長板６、反射型偏光分離器７、カラーホイール８、リレー光学器９、ライトバルブ１０、及び投写レンズ１１が配置されている。
【００１７】
矢印Ａはランプ部反射鏡２で反射した光Ｌ１の進行方向を示し、矢印Ｂ及びＣは柱状光学素子５の内部における光Ｌ２Ｆの進行方向及びＬ２Ｒの逆進方向を示し、互いに逆方向となっている。矢印Ｄ及びＥは、ライトバルブ１０に対して入出力する光Ｌ３及びＬ４の進行方向を示し、矢印Ｆは投写レンズ１１から出力され、映像画面スクリーン（図示せず）に向かう光Ｌ５の進行方向を示している。Ｃ１は、第１反射鏡４及び第２反射鏡３が対向して形成する光キャビティ（共振器）、ＰＦは、ランプ光の集光点である。
【００１８】
以後、ランプ１の発する光が、所定の光路に沿って光源から離れる方向を進行方向とし、ランプ１光源に近づく方向を逆進方向とする。
【００１９】
以上の構成において、先ず全体の動作について以下に説明する。
ランプ１が発生した発散する光は、ランプ部反射鏡２で反射されて進路を曲げることにより収束する光Ｌ１となり、第２反射鏡３の中央部に形成された窓１３を通過し、更に集光点ＰＦを通過して第１反射鏡４に達する。第１反射鏡４に達した光の一部は、後述するように柱状光学素子５の入力端面５ａから内部に進行し、他の光は反射されて第２反射鏡３に向かう逆進方向に進行する。第１反射鏡４と第２反射鏡３とは、内部の光を繰り返し反射させながら保持し、再度柱状光学素子５の入力端面５ａに向かう進行方向に進行させることにより、柱状光学素子５の入力端面５ａを、光キャビティＣ１が無い場合よりもより均一に照明することができる。
【００２０】
ここで、光キャビティＣ１の構成と動作について、図２及び図３を参照しながら更に詳しく説明する。
【００２１】
図２は、第２反射鏡３と第１反射鏡４とで構成される光キャビティＣ１の斜視図である。同図に示すように、第２反射鏡３のほぼ中央には、進行方向に進む光が通過する窓１３が設けられ、第１反射鏡４の被照明領域となるほぼ中央部には開口１４が設けられている。この開口１４の周辺の第１反射鏡４に達した光は反射されて前記したように第２反射鏡３に向かう。
【００２２】
図３は、光キャビティＣ１の働きを説明するための説明図で、同図（ａ）は、光キャビティＣ１が無い場合における集光点ＰＦ近傍の光の分布と、第１反射鏡４及び第２反射鏡３の仮想相対位置を示す図あり、図３（ｂ）は光キャビティＣ１がある場合における集光点ＰＦ近傍の光の進行を示す図である。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、光キャビティＣ１が無い場合、集光点ＰＦ近傍以外の光分布には、ランプ電極（図示せず）などに起因する影Ａ１およびＡ２が生じ、進行方向に進む光は、集光点ＰＦ近傍で包絡線ＬＥに沿って分布する。同図には、第２反射鏡３が設けられる面位置Ｓ１、第１反射鏡４が設けられる面位置Ｓ２、及び第１反射鏡４が反射した光が第２反射鏡３に達するときの光線の広がりを表す面位置Ｓ３が記されている。Ｄ１及びＤ３は、面位置Ｓ１及びＳ３における照明光軸と直交する方向の光強度分布である。
【００２４】
一方、図３（ｂ）において、焦点Ｐ１は球面鏡である第２反射鏡３の焦点を示し、焦点Ｐ２は焦点Ｐ１の面Ｓ２に関する面対称点である。ランプ１（図１）は、理想的な点光源ではなく、またランプ部反射鏡２の反射面には僅かな凹凸や歪みがあるので、光Ｌ１は、集光点ＰＦにおいても包絡線ＬＥで示されるようにある程度の広がりを持ち、その近傍の面位置Ｓ１においても、例えば分布Ｄ１に示すような中央部の盛り上がった釣鐘状の強度分布を有する。
【００２５】
進行方向に進む光Ｌ１は、集光点ＰＦ近傍で最も小さく集光され、その後面位置Ｓ２に進むにつれて断面が広がり、面位置Ｓ３において分布Ｄ３に示すような中央部がやや凹となった強度分布となる。面位置Ｓ１、面位置Ｓ２、及び面位置Ｓ３は等間隔であり、面位置Ｓ１に凹面鏡、面位置Ｓ２に平面鏡を置くと、平面鏡が反射した光は凹面鏡の位置で面位置Ｓ３における分布Ｄ３となる。
【００２６】
分布Ｄ１は比較的中央部が盛り上がった形状であり、分布Ｄ３は中央部がやや凹となった形状であるので、第２反射鏡３の中央部に円形の窓１３を開けて光Ｌ１を通過させることにより、第２反射鏡３は、第１反射鏡４が反射した光の多くを再度第１反射鏡４の方向に進行するように反射させることができる。上記動作により、光キャビティＣ１は光線Ｌ１を効果的に取り込むことができる。
【００２７】
ここで、光キャビティＣ１が取り込んだ光を逃がさないように、第１反射鏡４と第２反射鏡３の形状を設定する方法について説明する。
【００２８】
キャビティ（共振器）の安定度ダイアグラム（例えば、大竹  祐吉著「レーザーの使い方と留意点」オプトロニクス社、平成１２年６月１日、ｐ．２３−２７、図２−２）によると、光の閉じ込めについては、平行平面型と共焦点型の中間的な形状が広い安定領域となっており、この形状とすることによって、ランプ部反射鏡２（図１）の形状のばらつきや、光線の進行方向の広がりが、安定性に対してあまり影響を及ぼさない。
【００２９】
図４は、キャビティが進行方向に進む光を取り込む動作を説明する説明図である。図４（ａ）は、平行平面型と共焦点型の中間的な形状のキャビティを表した図であり、同図においてＭ１及びＭ２は球面反射鏡、焦点Ｐ１及びＰ２は、それぞれ反射鏡Ｍ１及びＭ２の焦点、Ｐ３は反射鏡Ｍ１の曲率中心である。焦点Ｐ１は反射鏡Ｍ１と曲率中心Ｐ３の中点にある。光ＬＣ１が焦点Ｐ２を通過するとき、進行した光線は反射鏡Ｍ２において反射され、光軸と平行な光線になり反射鏡Ｍ１に達して反射され、焦点Ｐ１を通過する。
【００３０】
以後同様に反射が繰り返されキャビティ内部に安定に閉じ込められる。焦点Ｐ２のやや上部を通過する光ＬＣ２は、反射鏡Ｍ２および反射鏡Ｍ１により反射され、焦点Ｐ１のやや下部を通過する。従って、ランプ光の焦点ＰＦ（図３）を焦点Ｐ２の近傍にくるようにすることで、焦点ＰＦの共役像を焦点Ｐ１の近傍に形成することができる。
【００３１】
従来の光インテグレータである柱状光学素子及びレンズアレイは、光源像を光軸と直交する平面に複数配置することにより均一な照明を行うが、キャビティを用いる場合には光源像を光軸上に複数配置することにより、均一照明を行うものである。
【００３２】
被照明物体である光学素子の光入力端面の多くが平面形状であること、キャビティにランプ光を取り入れる窓を設けることを考慮すると、反射鏡Ｍ２は平面鏡である方が好ましい。図４（ａ）に示したキャビティの左右方向光軸の中央に平面反射鏡Ｍ３を設けると共に、反射鏡Ｍ１を窓の空いた第２反射鏡３で置き換えることにより、図４（ｂ）に示すようなキャビティを構成することができる。
【００３３】
反射鏡Ｍ３を、被照明物体の形状の開口１４（図４（ｃ））を中央に設けた第１反射鏡４に置き換えることにより、図４（ｃ）に示すような構成の前記光キャビティＣ１が形成される。同図において、Ｄ１は柱状光学素子５（図１）などの被照明物体の光入力端面である。図４（ｃ）において、焦点Ｐ２の近くに、所定の値のＦナンバー（広がり）になるようにランプの光を結像することにより、例えば光ＬＣ１は被照明物体の光入力端面Ｄ１を直接照明し、光ＬＣ２は光キャビティＣ１内部を４回反射した後に光入力端面Ｄ１を照明する。
【００３４】
光入力端面Ｄ１が反射型光学素子、或いは逆進方向に進行する光を伴う光学系の入力端面である場合には、光ＬＣ１はその一部が光入力端面Ｄ１において反射され、更にキャビティＣ１内部において何度か反射されることにより、光入力端面Ｄ１を再び照明する。図１に示す本実施の形態の照明光学系構造５１では、この光入力端面Ｄ１を柱状光学素子５の入力端面５ａとし、柱状光学素子５の出力側端面には、１／４波長板６と反射型偏光分離素子７が備えられているので、反射型偏光分離素子７が反射する光Ｌ２Ｒが柱状光学素子５の内部を逆進方向に進行する。
【００３５】
図５は、光キャビティＣ１が、逆進方向に進む光を受け入れて、再度、進行方向に進む光として反射する動作を説明する図であり、同図（ａ）は、図１に示す本実施の形態の照明光学系構造５１において、キャビティＣ１と柱状光学素子５の接続部近傍の部分拡大図であり、同図（ｂ）は、同部分を図面上の左側正面、即ちランプ１（図１）側から見た正面図である。
【００３６】
図５（ａ）において、ＬＣ３及びＬＣ４は焦点Ｐ１を通過する光、Ｐ１１は第２反射鏡３において光ＬＣ３が反射される反射点である。また図５（ｂ）において、Ａ３は第２反射鏡３が逆進方向に進む光を反射する領域である。
【００３７】
同図（ａ）に示すように、逆進方向に進行する反射光Ｌ２Ｒ（図１）のうち、照明光軸に対して最も角度が傾斜した光ＬＣ３が焦点Ｐ１を通過する場合には、第２反射鏡３が光ＬＣ３を第１反射鏡４に向けて反射点Ｐ１１で反射し、第１反射鏡４は光線をほぼ垂直に反射することにより、再び反射点Ｐ１１を通過して、焦点Ｐ１を進行方向に通過する光となる。光ＬＣ３よりも傾きが少ない光ＬＣ４も同様に、進行方向に進む光となる。
【００３８】
柱状光学素子５は光インテグレ−タであるので、その内部を逆方向に進行する光は、開口１４においてほぼ均一な強さの光強度分布を有する。第２反射鏡３における領域Ａ３が、逆進方向に進む光を反射するので、窓１３と領域Ａ３の面積比Ｒを
Ｒ＝（窓１３の面積）／（領域Ａ３の面積）
と定義するとき、Ｒを小さくすることにより、ランプに戻る光を、およそ（Ｒ×１００）％まで少なくすることができる。窓１３は、光源であるランプ１（図１）の光を集光した集光点ＰＦ（図１）の近傍に設けるとともに、集光スポットの寸法よりもわずかに大きくすることで、損失無く光を通過させる。
【００３９】
光キャビティＣ１は、以上述べた動作により、ランプ１の発した光を取り込んで、内部で繰り返し反射することにより均一化して、被対称物体である柱状光学素子５の入力端面５ａを照明する。柱状光学素子５は、図１において示したように、入力端面５ａから入力した進行方向の光Ｌ２Ｆを、繰り返し反射することにより一層均一な強さの矩形断面の光に変換するが、光キャビティＣ１による均一化の効果が加わるので内部での光の反射回数は、例えば３回以下でよく、従って素子長さを従来の柱状光学素子よりも短くすることができる。
【００４０】
光Ｌ２Ｆは１／４波長板６を通過し、後続する反射型偏光分離素子７がこの光Ｌ２Ｆを受けて、第一方向の偏光光を通過させ、第二方向の偏光光を反射する。反射した光Ｌ２Ｒは、１／４波長板６を通過し、柱状光学素子５内部を矢印Ｃ方向の逆進方向に進行する。光Ｌ２Ｒのおよそ（１−Ｒ）×１００％は、反射されることにより再度矢印Ｂ方向の正進方向の光Ｌ２Ｆになる。光Ｌ２Ｆは進行して１／４波長板６を通過するが、反射型偏光素子７により反射されて以後、２回にわたって１／４波長板６を通過するので偏光方向が９０度回転し、今度は反射型偏光素子７を通過する。
【００４１】
反射型偏光素子７を通過した光は、モータ１２によって所定の回転速度で回転するカラーホイール８に、例えば扇型に形成された赤、緑、青の各色だけを通過するダイクロイックフィルタのセグメントを順次通過することにより、色順次に変化する光となってリレー光学系９により導かれ、ライトバルブ１０を照明する矢印Ｄ方向の偏光光Ｌ３となる。
【００４２】
ライトバルブ１０は反射型液晶であり、単一方向の偏光光Ｌ３を入力とし、画素ごとに偏光方向を変化して反射し、反射光は検光子（図示せず）又は偏光分離プリズム（図示せず）などにより明暗による画像を形成された矢印Ｅ方向の光Ｌ４となり、更に投写レンズ１１を通過して対称物のスクリーン（図示せず）に向う投写光Ｌ５となる。以上述べた動作により１枚のライトバルブ１０を使用して色順次表示によるフルカラー画像の投写を行うことができる。
【００４３】
上記カラーホイール８の色セグメントの形は扇型、或いは扇型以外でもよく、例えば渦巻き型とし、一枚のライトバルブに同時に２色、又は３色以上の色を照射するようにしても良い。更に、色セグメントの他に濃度セグメントを設けても良く、透明、半透明、又は全反射セグメントを設けることにより、画像を明るく表示する、暗部の階調数を増加する、或いはビデオフレーム期間の特定期間が明るく表示されるようにすることで、動きのある画像のボケを軽減することができる。
【００４４】
また、上記ライトバルブは反射型液晶素子としたが、他の素子でも良く、例えばマイクロミラー素子とした場合には、照明光Ｌ３は自然偏光で良いので、４分の１波長板７と反射型偏光分離素子６を省略することができる。
【００４５】
以上のように、実施の形態１の照明光学系構造によれば、光キャビティの効果を光学シミュレーションにより計算したところ、１．３ｍｍアーク長のフィリップス社ＵＨＰ型ランプの光を集光し、入力端面寸法が６ｍｍ×３ｍｍの柱状光学素子に入力する光学系において、Ｆナンバーが１以上の光の集光効率が、キャビティを付加することにより約１０％以上改善できるなど、被照明物体に対して光損失の少ない、且つ均一な照明を行うことができる。また、光キャビティの効果により、柱状光学素子５の長さを、従来のものに比べて短く出来るので、装置を小型化することが可能となる。
【００４６】
実施の形態２．
図６は、本発明による照明光学系構造の実施の形態２の構成を示す構成図である。
【００４７】
本実施の形態２の照明光学系構造５２が、前記した実施の形態１の照明光学系構造５１に対して異なる点は、柱状光学素子３（図１）を除き、１／４波長板６２及び反射形偏光分離素子７２の位置を変更した点である。従って、本実施の形態２の照明光学系構造５２が実施の形態１の照明光学系構造５１と共通する部分には同符号を付して、或いは図面を省いて説明を省略し、異なる特徴的な点を重点的に説明する。
【００４８】
図６に示すように、第１反射鏡４の中央部に被照明物体として１／４波長板６２、反射型偏光分離素子７２を設けることにより、単一方向の偏光の光を得、この光がカラーホイール８を通過後、リレー光学器９により導かれることにより、ライトバルブ１０を照明する色と強度の分布を有する断面の光になる。
【００４９】
尚、装置の性能として、一層明るい投写画像が必要な場合には、ランプ１は１つでなく複数であっても良い。その場合、第２反射鏡３の窓１３は、光キャビティＣ１に低損失で光を取り込むことが可能な形状あれば良いので、円形以外にも、複数の窓を設けたり、長円形状などにしても良い。
【００５０】
また、光キャビティＣ１を構成する鏡は、光キャビティＣ１が光インテグレータとして動作すれば良く、ランプの発する光の指向特性によっては、第１反射鏡４を平面鏡以外の僅かに凹または凸の鏡とする、更には第２反射鏡３を球面鏡以外にも放物鏡などとしても良い。
【００５１】
更に、第１反射鏡４と第２反射鏡３はそれぞれ複数の鏡を組合わせて構成しても良い。光が通過する窓の形や数によっては、生産が容易な複数の鏡に分割することにより、安価に製造することができる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態２の照明光学系構造５２によれば、前記した実施の形態１の照明光学系構造５１の効果に加え、更に、柱状光学素子が無い分、装置を小型化することができる。
【００５３】
実施の形態３．
図７は、本発明による照明光学系構造の実施の形態３の構成を示す構成図である。
【００５４】
同図の照明光学系構造５３において、光源に相当するランプ１の近傍にはランプ部反射鏡２が配設されている。このランプ部反射鏡２によって反射された光の光路を形成する位置には、ランプ１に近い方から順に、レンズ１５、偏光変換器１６、第２反射鏡３２、反射型偏光分離手段に相当する反射型偏光分離器１７、第１反射鏡４２、カラーホイール８２、反射型液晶ライトバルブ１０２、検光子１８、及び投写レンズ１１２が配置されている。
【００５５】
以上の構成において、先ず全体の動作について以下に説明する。
矢印Ａはランプ部反射鏡２で反射した光Ｌ１の進行方向を示す。レンズ１５は、光Ｌ１を入力し、ほぼ平行な矢印Ｈ方向の光Ｌ１２として偏光変換器１６に向けて出力する。偏光変換手器１６は単一偏光光出力手段に相当し、後述するように、自然偏光の光Ｌ１２を入力し、偏光方向の揃った２本の光ビームＬ１Ａ及びＬ１Ｂを、第２反射鏡３２の窓１３２に向けて出力する。
【００５６】
図８は、偏光変換器１６の構成及びその近傍における光路を説明するための部分拡大構成図である。同図に示すように、偏光変換器１６内の光路を形成する位置には、先ず反射型偏光分離素子１６１が配置され、その後段に、集光レンズ１６４を経由する系列と、２分の１波長板１６２、鏡１６３、及び集光レンズ１６５を経由する系列とが並列するよう配設されている。
【００５７】
更に、１３２は第２反射鏡３２の中心部に形成された窓、ＰＦ２は光ビームＬ１Ａ及びＬ１Ｂの集光点、ＰＡ及びＰＢはそれぞれ光ビームＬ１ＡおよびＬ１Ｂの中心が反射型液晶ライトバルブ１０２に達する点、Ｃ２は第１反射鏡４２と第２反射鏡３２とが構成する光キャビティである。
【００５８】
光Ｌ１２は、反射型偏光分離素子１６１に入力し、通過する直線偏光の光Ｌ１３と、反射する直線偏光の光Ｌ１４に分離される。通過した光Ｌ１３は集光レンズ１６４により集光され、窓１３２および集光点ＰＦ２を通過して点ＰＡを中心として反射型液晶ライトバルブ１０２に達する。一方、光Ｌ１４は２分の１波長板１６２を通過する際に偏光方向が９０度回転され、鏡１６３により進路を曲げられ、集光レンズ１６５により集光されて、窓１３２および集光点ＰＦ２を通過して点ＰＢを中心として反射型液晶ライトバルブ１０２に達する。
【００５９】
反射型液晶ライトバルブ１０２に達した各光は、一部が第１反射鏡４２により反射されてキャビティＣ２内部において繰り返し反射された後、前記したように再度反射型液晶ライトバルブ１０２に達する。
【００６０】
図９は、第２反射鏡３２をランプ側から見た図である。
【００６１】
同図に示すように、長円形の窓１３２の背面に第１反射鏡４２の中央の被照明領域、すなわち反射型液晶ライトバルブ１０２の光入力端面である受光面が位置する。反射型液晶ライトバルブ１０２の形は、例えば縦横比が１６対９あるいは４対３の長方形であり、その長辺方向に２つのビームの中心点ＰＡとＰＢが並ぶように構成することにより、投写画面の左右方向の輝度差を低減することができる。
【００６２】
カラーホイール８２は、原色通過ダイクロイックフィルタにより構成された渦巻き状のセグメントを有し、反射型液晶ライトバルブ１０２の前面におよそ数ミリメートル以内の近接した距離で平行に配置され、投写する画像のフレーム周期に同期する所定の回転速度で、モータ１２によって回転駆動される。
【００６３】
図１０（ａ）は反射型液晶ライトバルブ１０２、カラーホイール８２、第１反射鏡４２、及び反射型偏光分離器１７と、その近傍の光路を示した部分拡大構成図である。
【００６４】
同図において、８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂは、それぞれ赤色、緑色、青色の原色光が通過するダイクロイックフィルタで形成された通過セグメント、ＬＣＷは光キャビティＣ２内部を進行する白色光、ＬＣＲは光キャビティＣ２内部を進行する赤色光、ＬＣＲ２は赤色セグメント８２Ｒを通過した赤色光、ＬＣＲ３は反射型偏光分離素子１７により反射される赤色光、ＬＣＲ４及びＬＣＲ５は反射型偏光分離素子１７を通過する赤色光である。
【００６５】
光キャビティＣ２（図８）は、前記したように直線偏光の光ビームＬ１ＡおよびＬ１Ｂを受け入れ、内部に光を取り込む。取り込んだ白色の直線偏光の光をＬＣＷと表す。反射型偏光分離素子１７は、光ＬＣＷの偏光方向の光が通過するように、かつ照明光軸とおよそ４５℃傾斜して配置される。光ＬＣＷのうち赤色の光をＬＣＲと表すと、光ＬＣＲはセグメント８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂのいずれの領域にも広がって入力する。光ＬＣＲのうち赤色通過セグメント８２Ｒに入力したもののみが通過し、反射型液晶ライトバルブ１０２に入力する光ＬＣＲ２となる。
【００６６】
反射型液晶ライトバルブ１０２は、光ＬＣＲ２を受け入れて反射するが、その際に投写表示する画像に応じて画素ごとに偏光方向の向きを変化させる。反射した赤色光は進行して反射型偏光分離素子１７に到達するが、反射型液晶ライトバルブ１０２において偏光方向が変化した光ＬＣＲ３は反射し、進路が曲がる。反射型液晶ライトバルブ１０２において偏光方向が変化しなかった光ＬＣＲ４は直進するので光キャビティＣ２内部を往復する。
【００６７】
他の色の光についても同様であり、投写される光だけが反射型偏光分離素子１７において進路が曲げられ、投写されない光は光キャビティＣ２が繰り返し反射することにより、照明光として繰り返し利用される。このため、光の損失を抑制することができる。
【００６８】
図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）は、図１０（ａ）に示すカラーホイール８２の別の実施例を示す構成図である。
【００６９】
図１０（ｂ）の構成例において、８２Ｗは透明なセグメント、８２Ｓは輝度変調手段に相当し、透過率がおよそ１６分の１（６．７％）である反射型ビームスプリッタによるセグメントである。透明セグメント８２Ｗを通過する白色光により、投写する画像の中でも色の飽和度が低く輝度レベルの高い画素を表示することにより、動きのある画像の色ズレや画質のボケを改善することができる。
【００７０】
透明セグメント８２Ｗと隣接して、低透過率のセグメント８２Ｓを設けたので、特に応答速度の速い反射型液晶素子を使用した場合に好適であり、素子自体の階調表示性能に加えて、１６分の１の強度の照明光線を使用することが可能となり、低階調である暗部側に４ビット広い階調表示を行うことができる。
【００７１】
図１０（ｃ）に示す他のセグメントの構成例においては、透過率がおよそ１６分の１（６．７％）のセグメント８２Ｓがガラス基板（図示せず）を挟んでセグメント８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂと反対面に設けられている。その結果として各色について強度が１６分の１の照明光を作ることになるので、低階調の表示性能を改善することができる。
【００７２】
視覚特性によると、テレビジョン画像の１フレームの期間において各色を表示する回数はおよそ１回乃至３回が良いが、静止画像やコンピュータ画像の場合にはこれに制限されるものではないので、カラーホイールの回転数は、ライトバルブの応答速度と表示する画像に応じて十分な値とする。
【００７３】
以上のように、実施の形態３の照明光学系構造５３によれば、光キャビティＣ２の内部に反射型偏光分離器１７を照明光軸と傾斜して配置できるため、ライトバルブが液晶による反射型ライトバルブの場合に好適で、光キャビティの内部で投写光と非投写光を分離することが可能となるので、小型の装置を実現することができる。
【００７４】
また、ライトバルブの長辺方向に２つのビームの中心をややずらして照射するので、特に縦横比が１６対９などの幅広なライトバルブを照明する場合に好適で、投写画面の左右の輝度差が少ない装置を実現することができる。
【００７５】
実施の形態４．
図１１は、本発明による照明光学系構造において、実施の形態４の偏光変換器の構成を示す構成図である。
【００７６】
この偏光変換器１６０は単一偏光光出力手段に相当し、前記した実施の形態３の照明光学系構造５３（図７）の偏光変換器１６に換えて配設されるものである。従って、偏光変換器１６０の前段及び後段は、前記した実施の形態３の照明光学系構造５３と同じとしてこれらの図面を省略し、図７の照明光学系構造５３を参照しながら、これと異なる特徴的な点を重点的に説明する。
【００７７】
但し、後述するように、偏光変換器１６０から出力される光ビームが、図７において、同図の紙面と垂直な背面方向に向くため、偏光変換器１６０の後段に配置される第２反射鏡３２（図７）以降の機器は、相互の位置関係を保ったまま、同方向に沿って配置されるものとする。
【００７８】
図１１（ａ）は、図７と同方向からみた平面図、図１１（ｂ）は同図（ａ）の矢印Ｍ方向からみた側面図、図１１（ｃ）はランプ１（図７）側から見た正面図である。
【００７９】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、偏光変換器１６０内の光路を形成する位置には、微細金属線（ワイヤーグリッド）による反射型偏光分離素子１６６の後段に、鏡１６７を経由する系列と鏡１６８を経由する系列とが並列するよう配設されている。また、点ＰＴ、ＰＴ１、及びＰＴ２は、照明光軸がそれぞれ反射型偏光分離器１６６、鏡１６７、及び鏡１６８と交差する点、Ｌ１ＣはＬ１Ａ（図７）に代わる第１の光ビーム、Ｌ１ＤはＬ１Ｂ（図７）に代わる第２の光ビームである。光軸上に記入した、線分と丸印は光の電界振動方向がそれぞれ紙面と平行及び垂直であることを表す。
【００８０】
図１１（ａ）に示すように、ほぼ平行な自然偏光の光線Ｌ１２が偏光変換器１６０に入力すると、まず点ＰＴを中心に反射型偏光分離素子１６６に達し、一方、点ＰＴにおいては偏光方向（つまり電界の振動方向）が紙面と平行な光線は通過して鏡１６８に達し、一方、点ＰＴにおいて偏光方向が紙面と垂直な光線は反射されほぼ直角に進路を曲げられて鏡１６７に達し、点ＰＴ１と点ＰＴ２のいずれにおいても入力光線は紙面と垂直な背面方向に進路を曲げられる。
【００８１】
図１１（ｂ）に示すように、鏡１６７及び鏡１６８が反射した光線はいずれも偏光方向が紙面と垂直であり、両者がレンズ１６９を通過して、各々収束する光線Ｌ１Ｃ、Ｌ１ＤとなりキャビティＣ２（図７）の窓１３２に向けて進行する。
【００８２】
尚、光ビームＬ１Ｃ及びＬ１Ｄは、光線Ｌ１Ａ及びＬ１Ｂと比較すると進行方向及び偏光方向が異なっているが、進行方向についてはキャビティＣ２に２本の光ビームが入力するように、ランプ１、ランプ部反射板２（図７）、及び偏光変換器１６０などの配置を、或いは前記したように偏光変換器１６０より後段の機器を適宜設定すれば良く、偏光方向については、キャビティＣ２内部で投写光の分離ができるように、反射型偏光分離素子１７、及び反射型液晶ライトバルブ１０２（図７）の方向を合わせればよい。
【００８３】
以上のように、実施の形態４の照明光学系構造５３によれば、偏光変換器１６０において、ガラスプリズムや波長板を使用しないので、簡単な構造により高い信頼性で偏光変換を行うことができる。
【００８４】
実施の形態５．
図１２は、本発明による投写型表示装置の実施の形態５の構成を示す構成図である。
【００８５】
同図の投写型表示装置５５において、光源に相当するランプ１の近傍にはランプ部反射鏡２が配設されている。このランプ部反射鏡２によって反射される光の光路を形成する位置には、ランプ１に近い方から順に、レンズ１５、光シャッター２０１、偏光変換器１６、第２反射鏡３３、反射型偏光分離器１７、クロスプリズム２０、第１反射鏡４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂ、各々赤色、緑色、青色の光に画像を形成する反射型液晶ライトバルブ１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂ、検光子１８、及び投写レンズ１１３が配設されている。
【００８６】
光強度変更手段に相当する光シャッター２０１を駆動する光シャッター駆動回路２０２は、制御回路２０７によって制御され、光センサー２０３は検出した光情報を制御回路２０７に出力し、反射型液晶ライトバルブ１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂをそれぞれ駆動するライトバルブ駆動回路２０４Ｒ，２０４Ｇ，２０４Ｂには、制御回路２０７の指令のもとに、信号入力部２０６に入力する映像信号を処理する信号処理回路２０５から後述する映像情報が送られる。尚、信号処理回路２０５及び制御回路２０７が光変調制御手段に相当し、光シャッター駆動回路２０２及び制御回路２０７が光強度制御手段に相当する。
【００８７】
更に、球面反射鏡である第２反射鏡３３の焦点（図示せず）は、見掛け上、反射型液晶ライトバルブ１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂの各背面に位置し、第２反射鏡３３の中央部には窓１３３があり、単一方向の白色偏光光が通過する。
【００８８】
また、クロスプリズム２０は、界面にダイクロイックフィルタが設けられており、赤色および青色光の進路を直角に曲げ、緑色光は直進して通過させる。緑色の光について説明を行うと、第１反射鏡４３Ｇと第２反射鏡３３が光キャビティを構成し、ライトバルブである反射型液晶ライトバルブ１０３Ｇを均一に照明する。反射型液晶ライトバルブ１０３Ｇが変調を加えた光は、クロスプリズム２０を通過し、反射型偏光分離器１７により進路を曲げられ、検光子１８を通過し、投写レンズ１１３に入力する。
【００８９】
青色の光、赤色の光についても、クロスプリズム２０により進路が曲がる以外は緑色光と同様に画像による変調が加えられ、３色の光が合わさることにより、フルカラーの画像が投写される。
【００９０】
尚、前記した図７に示す実施の形態３の照明光学系構造５３と共通する部分には、同符号を付している。また、本実施の形態における光チャビティは、赤色、緑色、青色の各光毎に、第２の反射鏡３３と第１反射鏡４３Ｒ、第２の反射鏡３３と第１反射鏡４３Ｇ、及び第２の反射鏡３３と第１反射鏡４３Ｂの各間で形成されるものである。
【００９１】
以上の構成により、投写型表示装置５５全体の動作について更に詳しく説明する。テレビジョン信号などの映像信号は、信号入力部２０６から入力して信号処理回路２０５に伝達され、信号処理回路２０５は、画像の明るさや色合いなどを補正したうえで、ライトバルブにより表示するのに適した色ごとの面順次信号に変換して、ライトバルブ駆動回路２０４Ｒ，２０４Ｇ、２０４Ｂに出力する。ライトバルブ駆動回路２０４Ｒ，２０４Ｇ、及び２０４Ｂは、各々赤、緑、青の光を受けて変調する反射型液晶ライトバルブ１０３Ｒ，１０３Ｇ，及び１０３Ｂを動作させる。
【００９２】
投写する画像ごとに赤、緑、青各色の光の強さが異なるので、上記したように投写されない光を再利用すると、各色のライトバルブを照明する光の強さが異なることがある。光キャビティ内部に設けた光センサー２０３が赤、緑、青の各色の光の強さを検出し、検出した信号を制御回路２０７に出力する。例えば青色の光が他の色よりも強いことが検知された場合、制御回路２０７は信号処理回路２０５に青色のレベルを小さくするように制御信号を出力し、これを入力した信号処置回路２０５は、ライトバルブ駆動回路２０４Ｂが他のライトバルブ駆動回路よりも小さいレベルでライトバルブ１０３Ｂを駆動制御するように信号を出力する。
【００９３】
また、投写する画像が全体に暗い場合、どの色についても投写される光が少なく、光キャビティに回収される光が多くなる。ライトバルブの白黒表示のコントラスト値は有限であるので、光キャビティ内部の光が強くなると、ライトバルブを照明する光が強くなるが、この場合、それにつれて画像の黒レベルが浮き上がって見えることがある。
【００９４】
制御回路２０７は、センサー２０３からの検知信号を受け、所定のレベルよりも各色の光が強い場合には、シャッター駆動回路２０２に制御信号を出力し、シャッター駆動回路２０２によってシャッター２０１を閉じる方向に動作させることにより光の強さを弱くする。シャッター２０１には機構的なシャッター、或いは液晶素子などによる電子式シャッターなどを使用することができる。
【００９５】
尚、本発明による投写型表示装置は、図１２に示す実施の形態５の構成に限定されるものではない。例えばシャッター２０１を設ける位置は、他の位置でもよく、例えばレンズ１５よりもランプ１側、或いは偏光変換器１６よりも光キャビティ側、更には光キャビティの内部に設けても良い。また、センサー２０３は、光キャビティの内部に設けたが、他の位置でも良く、例えばライトバルブ１０３Ｒ、１０３Ｇ，１０３Ｂの近くにそれぞれ設けるようにして良い。
【００９６】
また、図１２においては、３枚の第１反射鏡４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂと１枚の第２反射鏡３３の間に１つの反射型偏光分離器１７と１つのクロスプリズム２０を設けるようにしたが、他の構成でもよく、１つのクロスプリズムの後に偏光分離手段を挟んだ３組の光キャビティを設けるなど、様々な組み合わせができることは勿論である。更に、ライトバルブは液晶ライトバルブ以外にもマイクロミラー素子でも良く、その場合には、偏光変換器１６が不要であり、さらに偏光分離器１７を内部全反射プリズムに置き換えればよい。
【００９７】
以上のように、実施の形態５の投写型表示装置によれば、投写画像の色のバランスや低諧調の連続性を良好に保つようにすることができる。また、投写画像が暗い場合にも投写画像の黒レベルが浮き上がらないように制御することが可能であるため、不自然さが無く、画質の良好な装置を実現することができる。
【００９８】
【発明の効果】
本発明の照明光学系構造によれは、コンパクト且つ簡単な構成で、光源から発する光によって、低損失且つ均一に、被照明物体を照明することができるので、投写型表示装置のライトバルブを照明するのに用いて最適な照明光学系構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による照明光学系構造の実施の形態１の構成を示す構成図である。
【図２】第２反射鏡３と第１反射鏡４とで構成される光キャビティＣ１の斜視図である。
【図３】光キャビティＣ１の働きを説明するための説明図で、（ａ）は光キャビティＣ１が無い場合の集光点ＰＦ近傍の光の分布を示す図あり、（ｂ）は光キャビティＣ１がある場合の集光点ＰＦ近傍の光の進行を示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ光キャビティが進行方向に進む光を取り込む動作を説明する説明図である。
【図５】光キャビティが、逆進方向に進む光を受け入れて、再度、進行方向に進む光として反射する動作を説明する図であり、（ａ）は図１の照明光学系構造５１において、光キャビティＣ１と柱状光学素子５の接続部近傍を側面からみた部分拡大図であり、（ｂ）は同部分を図面上の左側正面から見た正面図である。
【図６】本発明による照明光学系構造の実施の形態２の構成を示す構成図である。
【図７】本発明による照明光学系構造の実施の形態３の構成を示す構成図である。
【図８】偏光変換器１６の構成及びその近傍における光路を説明するための部分拡大構成図である。
【図９】第２反射鏡３２をランプ側から見た図である。
【図１０】（ａ）は反射型液晶ライトバルブ１０２とその近傍の光路を示した部分拡大構成図で、（ｂ）及び（ｃ）は、（ａ）に示すカラーホイール８２の別の実施例を示す構成図である。
【図１１】本発明による照明光学系構造において、実施の形態４の偏光変換器１６０の構成を示す構成図である。
【図１２】本発明による投写型表示装置の実施の形態５の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１  ランプ、  ２  ランプ部反射鏡、  ３  第２反射鏡、  ４  第１反射鏡、５  柱状光学素子、  ５ａ  入力端面、  ６  １／４波長板、  ７  反射型偏光分離器、  ８  カラーホイール、  ９  リレー光学器、  １０  ライトバルブ、  １１  投写レンズ、  １２  モータ、  １３  窓、  １４  開口（被照明領域）、  １５  レンズ、  １６  偏光変換器、  １７  反射型偏光分離器、  １８  検光子、  ２０  クロスプリズム、  ３２  第２反射鏡、  ３３  第２反射鏡、  ４２  第１反射鏡、  ４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂ  第１反射鏡、  ５１  照明光学系構造、  ５２  照明光学系構造、  ５３  照明光学系構造、  ５５  投写型表示装置、  ６２  １／４波長板、  ７２  反射形偏光分離素子、  ８２  カラーホイール、  ８２Ｒ  赤色通過セグメント、  ８２Ｇ  緑色通過セグメント、  ８２Ｂ  青色通過セグメント、  １０２  反射型液晶ライトバルブ、  １０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂ  反射型液晶ライトバルブ、  １１２  投写レンズ、  １１３  投写レンズ、  １３２  窓、  １３３  窓、  １６０  偏光変換器、  １６１  反射型偏光分離素子、  １６２  ２分の１波長板、  １６３  鏡、１６４  集光レンズ、  １６５  集光レンズ、  １６６  反射型偏光分離素子、  １６７，１６８  鏡、  ２０１  光シャッター、  ２０２  光シャッター駆動回路、  ２０３  光センサー、  ２０４Ｒ，２０４Ｇ，２０４Ｂ  ライトバルブ駆動回路、  ２０５  信号処理回路、  ２０６  信号入力部、  ２０７  制御回路、  Ｃ１  光キャビティ（共振器）。
【図１】
2004212759.tif 000003
【図２】
2004212759.tif 000004
【図３】
2004212759.tif 000005
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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