(57)【要約】【課題】  少ない構成枚数の光学素子１つによって、装置全体は小型軽量であっても、広い照射面を均一性良く照明することを可能にする照明光学系。【解決手段】  光源１から放射する光を画像表示素子４に照明させる照明光学系であり、屈折率が１より大きい媒質からなる部材に設けられた２つの反射面１４、１３を有し、第１の反射面１４は光源１からの光を所定位置に向けて反射するように配置され、第２の反射面１３は所定位置からの光を画像表示素子４に向けて反射するように配置され、所定位置には、第１の反射面１４及び第２の反射面１３と向き合うように、第３の反射面１２が配置され、第１の反射面１４から第３の反射面１２に到る第１光路と、第３反射面１２から第２の反射面１３に到る第２光路が交差しないように、各反射面が配置され、第１反射面１４及び第２の反射面１３の少なくとも１つは、回転非対称な面形状である。【選択図】        図７
2004252483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を有し、該光源からの光を画像表示素子に導く照明光学系であって、
該照明光学系は、屈折率が１より大きい媒質からなる部材に設けられた２つの反射面を有し、
前記２つの反射面のうち、第１の反射面は、前記光源からの光を、所定の位置に向けて反射するように配置され、
前記２つの反射面のうち、第２の反射面は、前記所定の位置からの光を、前記画像表示素子に向けて反射するように配置され、
前記所定の位置には、前記第１の反射面及び前記第２の反射面と向き合うように、第３の反射面が配置され、
前記第１の反射面から前記第３の反射面に到る第１光路と、前記第３反射面から前記第２の反射面に到る第２光路が交差しないように、各反射面が配置され、
前記第１反射面及び前記第２の反射面の少なくとも１つは、回転非対称な面形状であることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記第１の反射面が、非回転対称な非球面であることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項３】
前記第２の反射面が、非回転対称な非球面であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の照明光学系。
【請求項４】
前記第１の反射面と前記第２の反射面の境界部に、段差が設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の照明光学系。
【請求項５】
前記第１の反射面への入射光路、前記第１光路、前記第２光路及び前記第２反射面からの射出光路が、全体として略Ｍ字状となっていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の照明光学系。
【請求項６】
前記非回転対称な非球面は、その面内及び面外共に回転対称軸を有さず、しかも、対称面を１つのみ有することを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の照明光学系。
【請求項７】
光源を有し、該光源からの光を画像表示素子に導く照明光学系であって、
該照明光学系は、３つの反射面を有し、
前記３つの反射面のうち、第１の反射面は、前記光源からの光を、所定の位置に向けて反射するように配置され、
前記３つの反射面のうち、第２の反射面は、前記所定の位置からの光を、前記画像表示素子に向けて反射するように配置され、
前記所定の位置には、前記第１の反射面及び前記第２の反射面と向き合うように、第３の反射面が配置され、
前記第１の反射面から前記第３の反射面に到る第１光路と、前記第３反射面から前記第２の反射面に到る第２光路が交差しないように、各反射面が配置され、
前記第１反射面及び前記第２の反射面の少なくとも１つは、回転非対称な面形状であることを特徴とする照明光学系。
【請求項８】
請求項１から７の何れか１項記載の照明光学系と、
前記画像表示素子と、
前記画像表示素子に表示された画像を投影するレンズとを備えることを特徴とする投影光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系に関し、特に、照射面を略均一に照明することを可能にする小型軽量な照明光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、照明光学系の周知なものとして特許文献１のものがある。この照明光学系は、図１２に全体の光学系を示すように、凹面鏡２１の焦点位置に配置された光源２２のからの光を表示デバイス２３の表示面を照射するようにしたものである。
【特許文献１】実開平７−１４４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１のものでは、光源２２に対して傾いた反射面２１を１面用いているため、この反射面２１において発生するディストーションが大きく、照射面における光量むらが大きく発生する。
【０００４】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、少ない構成枚数の光学素子１つによって、装置全体は小型軽量であっても、広い照射面を均一性良く照明することを可能にする照明光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する本発明の照明光学系は、光源を有し、該光源からの光を画像表示素子に導く照明光学系であって、
該照明光学系は、屈折率が１より大きい媒質からなる部材に設けられた２つの反射面を有し、
前記２つの反射面のうち、第１の反射面は、前記光源からの光を、所定の位置に向けて反射するように配置され、
前記２つの反射面のうち、第２の反射面は、前記所定の位置からの光を、前記画像表示素子に向けて反射するように配置され、
前記所定の位置には、前記第１の反射面及び前記第２の反射面と向き合うように、第３の反射面が配置され、
前記第１の反射面から前記第３の反射面に到る第１光路と、前記第３反射面から前記第２の反射面に到る第２光路が交差しないように、各反射面が配置され、
前記第１反射面及び前記第２の反射面の少なくとも１つは、回転非対称な面形状であることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明のもう１つの照明光学系は、光源を有し、該光源からの光を画像表示素子に導く照明光学系であって、
該照明光学系は、３つの反射面を有し、
前記３つの反射面のうち、第１の反射面は、前記光源からの光を、所定の位置に向けて反射するように配置され、
前記３つの反射面のうち、第２の反射面は、前記所定の位置からの光を、前記画像表示素子に向けて反射するように配置され、
前記所定の位置には、前記第１の反射面及び前記第２の反射面と向き合うように、第３の反射面が配置され、
前記第１の反射面から前記第３の反射面に到る第１光路と、前記第３反射面から前記第２の反射面に到る第２光路が交差しないように、各反射面が配置され、
前記第１反射面及び前記第２の反射面の少なくとも１つは、回転非対称な面形状であることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明は、このような照明光学系と、前記画像表示素子と、前記画像表示素子に表示された画像を投影するレンズとを備えた投影光学系を含むものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、広い開口数を有し、照明むらの少ない照明光を与える照明光学系を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明において、上記のような構成をとる理由と作用についてまず説明する。
【００１０】
本発明による照明光学系の代表的なものの断面図を図１に例示する。図１において、照明光学系３は、光源１から射出した光が入射する面である第１面１１、第１面１１に対向した反射作用と透過作用を有する面である第２面１２、反射面である第３面１３によって構成される空間を屈折率が１．５の光学的に略透明な媒質で満たされている。
【００１１】
また、図１において、照明光学系３を構成する各面の形状は、第１面１１は球面である。第２面１２、第３面１３は以下に記述される（ａ）式で表される回転非対称な非球面である自由曲面である。
【００１２】
実際の光線経路は、光源１から発した光は、照明光学系３の入射面である第１面１１から入射し、第２面１２で内部反射する。この際、照明光が射出する領域Ｓｔにおける反射角は臨界角以上になるように設定されており、全反射することになる。一方、照明光が射出しない部分Ｓｎでは臨界角より小さい反射角で反射する光も存在するため、その表面にはアルミニウム等の反射率の高いコーティングが施されている。第２面１２で内部反射した後は第３面１３において反射され、再び第２面１２において屈折して照明光学系３から射出し、照射面４を照明する。
【００１３】
以下の説明において用いる座標系について説明する。光線の追跡方向を光源１から照射面４に向かう順光線追跡で考える場合、図１に示すように、光源１中心を通り、照射面４の中心に到達する軸上主光線２が光源１を射出し照明光学系３の第１面１１に交差するまでの直線によって定義される軸（光軸）２をＺ軸とし、光源１中心を通りこのＺ軸と直交し、かつ、照明光学系３を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義する。また、光源１中心を通り光軸２と直交し、かつ、Ｙ軸と直交する軸をＸ軸とする。そして、光源１から第１面１１に向かう方向をＺ軸の正方向、第２面１２で反射されて第３面１３に向かう方向をＹ軸の負方向とし、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成するＸ軸の方向をＸ軸の正方向とする。
【００１４】
本発明の照明光学系は、少なくとも２面（図１に示した実施例においては３面）で形成された空間を屈折率が１よりも大きい（例えば１．５の）光学媒質で満たされているため、光源１から射出した光は第１面１１から照明光学系３に入射する際にスネルの法則に従って屈折する。したがって、ある角度で射出した光は第１面１１において屈折されて照明光学系３に入射されるため、光学系３の主な正のパワーを有する第３面１３に入射する光線高を低く設定することが可能となる。そのため、光学系３をコンパクトに構成することと同時に、大きな開口数（ＮＡ）を実現することができる。
【００１５】
さて、一般にカメラ等で用いられる球面レンズ系では、球面で発生する球面収差とコマ収差、像面湾曲等の収差を他の面で補正する構成になっている。そこで、レンズ系を構成する面に非球面を用いることによって、このレンズ系で発生する各種収差を少なくし、構成する面数を少なくすることが可能となる。これは非球面による収差補正の効果が絶大であるためであり、１面で球面数枚の収差補正効果が得られるためである。
【００１６】
一方、本発明の照明光学系のように、軸上主光線２に対して傾くかあるいは偏心した面を用いた光学系においては、従来の回転対称非球面では補正できない偏心による収差が発生する。偏心により発生する収差には、コマ収差、非点収差、像歪み、像面湾曲等がある。
【００１７】
本発明は、光源１から射出した光を照射面４に照射する照明光学系３を、少なくとも２面で構成された偏心プリズム（プリズム部材）で構成し、上記した偏心による諸収差を同時にしかも良好に補正するために、非回転対称な面である自由曲面を使用したことを特徴としている。
【００１８】
ここで、本発明の照明光学系において用いている自由曲面とは、例えば以下の式で定義されるものである。
【００１９】
Ｚ＝Ｃ2 
＋Ｃ3 Ｙ＋Ｃ4 Ｘ
＋Ｃ5 Ｙ2 ＋Ｃ6 ＹＸ＋Ｃ7 Ｘ2 
＋Ｃ8 Ｙ3 ＋Ｃ9 Ｙ2 Ｘ＋Ｃ10ＹＸ2 ＋Ｃ11Ｘ3 
＋Ｃ12Ｙ4 ＋Ｃ13Ｙ3 Ｘ＋Ｃ14Ｙ2 Ｘ2 ＋Ｃ15ＹＸ3 ＋Ｃ16Ｘ4 
＋Ｃ17Ｙ5 ＋Ｃ18Ｙ4 Ｘ＋Ｃ19Ｙ3 Ｘ2 ＋Ｃ20Ｙ2 Ｘ3 ＋Ｃ21ＹＸ4 
＋Ｃ22Ｘ5 
＋Ｃ23Ｙ6 ＋Ｃ24Ｙ5 Ｘ＋Ｃ25Ｙ4 Ｘ2 ＋Ｃ26Ｙ3 Ｘ3 ＋Ｃ27Ｙ2 Ｘ4 
＋Ｃ28ＹＸ5 ＋Ｃ29Ｘ6 
＋Ｃ30Ｙ7 ＋Ｃ31Ｙ6 Ｘ＋Ｃ32Ｙ5 Ｘ2 ＋Ｃ33Ｙ4 Ｘ3 ＋Ｃ34Ｙ3 Ｘ4 
＋Ｃ35Ｙ2 Ｘ5 ＋Ｃ36ＹＸ6 ＋Ｃ37Ｘ7                                                               ・・・・
・・・（ａ）
さて、以下に偏心プリズムを構成する各面の働きについて説明する。
（第１面）
本発明の照明光学系３においては、入射面である第１面１１を光源に対して凸面にすることが望ましい。光源１から照射面４に到る光線追跡において、光源１から射出した光線は照明光学系３の第１面１１に屈折して入射する。この第１面１１が凸面であれば、正のパワーを有することになり、光源１から大きなＮＡで射出した軸外光線が正のパワーを有する内部反射面である第３面１３に入射する光線高を低く抑えることができる。したがって、大きなＮＡを確保すると共に、小型軽量の光学系を実現することができる。さらに、偏心した凹面鏡である第３面１３で発生する偏心による収差、特に軸上も含めたコマ収差の発生を抑えることが可能となる。
（第２面）
照明光学系３の照明光を射出する面である第２面１２は、光源１から射出した光を第３面１３側に内部反射させる反射作用と、第３面１３で反射した後照射面４へ射出する透過作用を有する。図１に示したＳｎ部においては、透過領域と反射領域が重ならないため、反射コーティングを施してもよい。したがって、その領域における光の反射角に条件は必要ない。しかし、図１のＳｔ部においては、透過領域と反射領域が重ね合っているため、反射コーティングを施すことができない。したがって、この透過領域と反射領域が重ねあった領域Ｓｔにおける内部反射は全反射とする必要があるため、反射角は臨界角以上が必要となる。つまり、Ｓｔ部における光の反射角をθ、光学系の媒質の屈折率をｎとした場合、
θ≧ｓｉｎ-1（１／ｎ）                                ・・・（１）
なる条件を満たしていることが重要となる。
【００２０】
また、上記した設定によって、光源１から射出した光線の照明光学系３における内部反射面と、照明光学系３から射出する射出面とを、第２面１２の同一面で構成していることが、照明光学系３を小型化、低コスト化、広画角にすることに有効に作用する。光源１から射出した光線が照明光学系３に入射した後反射する反射面と、照明光学系３から射出する射出面とを１面で構成しているため、２面における作用を１面で行うことになる。したがって、光学系を構成する面数を削減することになり、製造コストを低くすることが可能である。
【００２１】
さらに、１面１２で反射と射出を同時に行うことによって、広い画角を達成し、偏心による収差の補正を有効に行うことが可能となる。一般に、凹面鏡に入射する光線の入射角が大きくなればなる程偏心によるコマ収差が大きく発生する。反射面と射出面を１面で構成することで、反射面と射出面を分離する必要がなくなるため、１回目の反射面である第２面１２と２回目の反射面である第３面１３のなす角度を余り大きくする必要がなく、第２面１２は射出面でもあるため、第３面１３に近接して配置することができる。したがって、第３面１３での反射角を余り大きくすることがなくなり、第３面１３における偏心収差、特にコマ収差の発生を低減することが可能となる。
【００２２】
また、第２面１２は、照射面４に対して凹面であることが好ましい。光源１から射出した光は第２面１２の一部において全反射をする必要がある。第２面１２の形状が照射面３に対して凹面であれば、内部反射角を大きくとることができるため、全反射に有利に作用する。
【００２３】
さらに、第２面１２は軸上主光線２に対して偏心するかあるいは傾いた非球面であることが望ましい。図１に示すように、本発明の照明光学系３においては、構成する各面が光源１から出た軸上主光線２に対して偏心あるいは傾いている。したがって、それぞれの面で偏心による収差が大きく発生することになる。この場合、第２面１２をＹ−Ｚ面内（図１の面内）において非対称なパワーを有するように設定することで、偏心による収差の補正に有利に作用する。
【００２４】
さらに、第２面１２は軸上主光線２に対して偏心するかあるいは傾いた非回転対称な非球面であることが望ましい。非回転対称な非球面によれば、Ｙ−Ｚ面内におけるパワーの非対称性をより適切に設定することが可能となる。したがって、偏心による収差の補正を一層良好に行うことが可能となる。
【００２５】
また、第２面１２を上記の（ａ）式で表される自由曲面で構成することによって、偏心によるコマ収差の発生を抑えることができる。これは、第２面１２で光線が屈折作用する場合に、軸上主光線２に対して面を傾いて配置することで、偏心によるコマ収差を補正することが可能となるためである。
【００２６】
さらに、本発明において第２面１２は照射面４に面した面でもある。照射面４に近接した屈折面である第２面１２を自由曲面にすることによって、像歪みの発生を補正することができる。これは、屈折面が照射面４に近接して配置されているために、他の収差を悪化させることなく像歪みを補正するのに良い結果を与えるためである。
（第３面）
本発明の照明光学系３において、主な正のパワーを有するのは凹面鏡の作用を有する第３面１３である。この面は軸上主光線２に対して偏心するか傾いて配備されているため、軸上においてもコマ収差が発生する。また、同様に偏心による非点収差、ディストーション等の収差も発生する。偏心によるコマ収差に対しては、第３面１３を偏心した非球面とするか、あるいは、偏心した非回転対称非球面とすることによって、第３面１３のＹ−Ｚ面内の非対称性を適切に設定して補正することが可能となる。また、軸上でも発生する非点隔差の補正には、非回転対称な非球面とすることで、Ｙ−Ｚ面内のパワーとＹ−Ｚ面に直交する面であるＸ−Ｚ面内のパワーを適切に変化させて補正が可能となる。さらに、偏心によるディストーションは、第３面１３を（ａ）式で表される自由曲面に設定することによって、第３面１３における光線高の差によって適切に面の傾きが設定され、補正することが可能となる。
【００２７】
さらに好ましくは、光学部品製作性を考慮すると、自由曲面は必要最小限にすることが望ましい。そこで、照明光学系３を構成する面の中で少なくとも１つの面を平面若しくは球面又は偏心した回転対称面にすることによって、製作性を上げることが可能となる。
【００２８】
本発明のもう１つの発明の照明光学系は、少なくとも３面を有し、この少なくとも３面で形成された空間を屈折率が１より大きい媒質で満たされており、照明光学系の照明光を射出する面の少なくとも一部は透過作用と反射作用とを有する面であり、照明光を射出する面に対向した面は、軸上主光線に対して偏心するかあるいは傾いており、かつ、フレネル面を有する反射面であるものである。
【００２９】
このような本発明の照明光学系の代表的なものを図４に例示する。図４において、照明光学系３は、光源１から射出した光が入射する面である第１面１１、第１面１１に対向した反射作用と透過作用を有する面である第２面１２、フレネル反射面である第３面１３によって構成される空間が屈折率が１．５の光学的に略透明な媒質で満たされている。図４において、光源１から発した光が照射面４に達する光線経路は前記図１のものと同様である。また、図２において、照明光学系３を構成する各面の形状は、第１面１１は球面である。第２面１２は回転対称非球面、第３面１３はフレネル反射面である。ここで、フレネル反射面とは、フレネル面からなる反射面であり、フレネル面とは、フレネルレンズのように、基礎となる曲面を細い輪状に切断してその曲面を平らに潰したように接続してなる複合面であって、基礎となる曲面と同様の反射作用をなす面である。
【００３０】
本発明の照明光学系３において、反射面である第３面１３は照明光学系３の主な正のパワーを有する面である。つまり、強いパワーを持つ必要がある。しかしながら、強いパワーを持たせるためには、通常の球面又は非球面等を用いると、その曲率が強くなり、照射面４の反対側に光学系３が張り出してしまい大型化することになる。そこで、反射面である第３面１３をフレネル面に設定することによって、強い正のパワーを持ちながらこの反射面を平坦に形成することができる。したがって、照明光学系３は照射面４と反対側に張り出すことなく、コンパクトでありながら所望のパワーを有するため、高いＮＡを得ることが可能となる。
【００３１】
さらに、光源１からの光を入射する面である第１面１１、あるいは、照明光を射出する面である第２面１２は偏心した非球面であることが好ましい。上述したように、Ｙ−Ｚ面内におけるパワーの非対称性を適切に設定することで、第３面１３の偏心による収差の補正、特にコマ収差の補正が可能となる。
【００３２】
さらに、第１面１１あるいは第２面１２を非回転対称非球面とすることで、上述したように、偏心による諸収差をより良好に補正することが可能となる。
【００３３】
さらに、本発明の照明光学系３によって照射される照射面４は、別の光学系である投影光学系によって観察者眼球に投影される画像表示素子としてももちろんよい。また、この画像表示素子は液晶表示素子であってももちろんよい。
【００３４】
次に、本発明の照明光学系に関するいくつかの条件について説明する。
【００３５】
照射面３を画像表示素子とし、投影光学系によって観察者眼球にその画像表示素子の画像を投影する場合、投影光学系としてマイクロレンズアレイを用いた場合の構成図を図１０に例示する。図１０において、光源１から発した光（軸上主光線２のみを図示してある。）は、照明光学系３を介して画像表示素子４を照明する。投影光学系５は、マイクロレンズアレイ３１と接眼光学系３２によって構成されている。照明光学系３から射出した光は、画像表示素子４を構成している各画素を略垂直に照明し、投影光学系５によって観察者の虹彩又は眼球の回旋中心近傍を射出瞳７として観察者眼球６内に投影される。画像表示素子４とマイクロレンズアレイ３１の拡大図を図１１に示す。画像表示素子４に垂直に入射した光Ｌ１は画素Ｇ１を通過し、マイクロレンズＭ１を透過する。一方、照明光Ｌ２が画像表示素子４の法線に対して角度βを持っていた場合、画像表示素子４からマイクロレンズアレイ３１までの距離Ｌとすると、マイクロレンズアレイ３１上ではＤ＝Ｌ×ｔａｎβだけずれた位置に光線Ｌ２が到達する。この位置に隣のマイクロレンズＭ２があった場合、観察者の眼球７には多重像が形成され所謂クロストークが生じるため、鮮明な観察像を提示することが困難となる。したがって、このような各画素毎に光学素子（マイクロレンズ）を対応させるタイプの投影光学系の設定においては、画像表示素子を照射する照明光はその光線傾角が小さいことが必要となる。照射面４の法線に対して照明光の光線傾角をγとした場合、
γ≦１０°                                            ・・・（２）
なる条件を満たすことが好ましい。
【００３６】
上述したような現象は、画像表示素子の画素の大きさ、ピッチ等によって照明光の光線傾角の許容値は異なるため、画素ピッチが小さい場合には、照射面の法線に対して記照明光の光線傾角をγとした場合、
γ≦５°                                              ・・・（３）
なる条件を満たすことが好ましい。
【００３７】
さらに、照射面の法線に対して照明光の光線傾角をγとした場合、
γ≦２°                                              ・・・（４）
なる条件を満たすことがより好ましい。
【００３８】
通常、照射面における照明むらはできるだけ少ない方が望ましい。例えば、照射面が画像表示素子である場合には、観察者が観察している全領域にわたって明るい画像を提示することが望ましい。本発明の照明光学系においては、光源からある広がりを持って射出した光線を照射面に照明するが、この広がりを持った光線それぞれを主光線として考えた場合、照射面におけるそれらの光線高のばらつきはディストーションとして捉えることができる。照明光学系の照射面におけるディストーションをＤとした場合、
−４０％≦Ｄ≦４０％                                  ・・・（５）
なる条件を満たすことが重要である。
【００３９】
この条件の上限及び下限を越えて±４０％より大きいディストーションが発生すると、照射面における照明むらが大きくなり、例えば照射面が画像表示素子の場合には、提示している画像の部分によって光量が異なり、観察者に疲労感を与える等の危惧が生じる。
【００４０】
さらに好ましくは、照明光学系の照射面におけるディストーションをＤとした場合、
−２０％≦Ｄ≦２０％                                  ・・・（６）
なる条件を満たすことが重要である。
【００４１】
そして、本発明の全ての発明の照明光学系においては、照明光学系を構成する面の形状を、その面内及び面外共に回転対称軸を有せず、しかも、対称面を１つのみ有する例えば（ａ）式で表される自由曲面としている。これは、例えば図１のように座標系をとった場合に、偏心して配置される面の偏心方向を含む面であるＹ−Ｚ面が対称面となるような自由曲面とすることで、逆光線追跡における結像面の像も、そのＹ−Ｚ面が対称面として両側で対称にすることができ、収差補正の労力が大幅に削減できるためである。
【００４２】
なお、本発明における反射作用を有する反射面には、全反射面、ミラーコート面、半透過反射面等の反射作用を有する全ての反射面が含まれる。
【００４３】
次に、以下に、本発明の照明光学系の実施例１〜６について説明する。
【００４４】
後述する各実施例の構成パラメータにおいては、図１に示すように、光源１中心を照明光学系３の原点として、光軸２を照射面３の中心と光源１の中心（原点）とを通る光線で定義し、光源１から光軸２に進む方向をＺ軸方向、このＺ軸に直交し光源１中心を通り、光線が照明光学系２によって折り曲げられる面内の方向をＹ軸方向、Ｚ軸、Ｙ軸に直交し光源１中心を通る方向をＸ軸方向とし、光源１から照明光学系２に向かう方向をＺ軸の正方向、第２面１２で反射されて第３面１３に向かう方向をＹ軸の負方向とし、そして、これらＺ軸、Ｙ軸と右手系を構成する方向をＸ軸の正方向とする。なお、光線追跡は光源１側を物体側として、照射面３側を像面側とした順追跡により行っている。
【００４５】
なお、後記する構成パラメータにおいて、偏心が与えられている面については、その面の面頂位置の照明光学系３の原点である光源１の中心からのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量（それぞれｘ、ｙ、ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、前記の（ａ）式のＺ軸、アナモルフィック面については、下記の（ｂ）式のＺ軸、回転対称非球面については、下記の（ｃ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（°）（それぞれα、β、γ）とが与えられている。なお、その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対しての反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対しての時計回りを意味する。その他、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。面間隔は意味がない。
【００４６】
また、自由曲面の形状は前記の（ａ）式により定義する。その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。無論、自由曲面を表す式はこれに限らず、面内面外に対称面を有しない面として、又は、面内面外共に対称面を１面のみ有する面として構成できる式であればよい。
【００４７】
また、アナモルフィック面の形状は以下の（ｂ）式により定義する。面形状の原点を通り、光学面に垂直な直線がアナモルフィック面の軸となる。
【００４８】
Ｚ＝（ＣＸ・ｘ2 ＋ＣＹ・ｙ2 ）／［１＋｛１−（１＋Ｋx ）ＣＸ2 ・ｘ2 
−（１＋Ｋy ）ＣＹ2 ・ｙ2 ｝1/2 ］
＋Σ  Ｒm ｛（１−Ｐm ）ｘ2 ＋（１＋Ｐm ）ｙ2 ｝m+1 
m=1 
例として、ｍ＝４（４次項）までを考えると、展開したときに以下の式で表せる。
【００４９】
Ｚ＝（ＣＸ・ｘ2 ＋ＣＹ・ｙ2 ）／［１＋｛１−（１＋Ｋx ）ＣＸ2 ・ｘ2                                       −（１＋Ｋy ）ＣＹ2 ・ｙ2 ｝1/2 ］                                      Ｒ1 ｛（１−Ｐ1 ）ｘ2 ＋（１＋Ｐ1 ）ｙ2 ｝2 
Ｒ2 ｛（１−Ｐ2 ）ｘ2 ＋（１＋Ｐ2 ）ｙ2 ｝3 
Ｒ3 ｛（１−Ｐ3 ）ｘ2 ＋（１＋Ｐ3 ）ｙ2 ｝4 
Ｒ4 ｛（１−Ｐ4 ）ｘ2 ＋（１＋Ｐ4 ）ｙ2 ｝5 
・・・（ｂ）
ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ量、ＣＸはＸ軸方向曲率、ＣＹはＹ軸方向曲率、Ｋx はＸ軸方向円錐係数、Ｋy はＹ軸方向円錐係数、Ｒm は非球面項回転対称成分、Ｐm は非球面項回転非対称成分である。なお、後記する実施例の構成パラメータでは、
Ｒx ：Ｘ軸方向曲率半径
Ｒy ：Ｙ軸方向曲率半径
を用いており、曲率ＣＸ、ＣＹとの間には、
Ｒx ＝１／ＣＸ，Ｒy ＝１／ＣＹ
の関係にある。
【００５０】
また、回転対称非球面の形状は以下の式により定義する。その定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
【００５１】
Ｚ＝（Ｙ2 ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ2 ／Ｒ2 ）｝1/2 ］
＋Ａ4 Ｙ4 ＋Ａ6 Ｙ6 ＋Ａ8 Ｙ8 ＋Ａ10Ｙ10・・・
・・・（ｃ）
ただし、ＹはＺに垂直な方向であり、Ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ4 、Ａ6 、Ａ8 、Ａ10は非球面係数である。
【００５２】
なお、後記の構成パラメータ中、データの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。
【００５３】
実施例１〜６の照明光学系３は、それぞれ図１〜図６に断面図を示すように、光源１に対向して光軸２に偏心配置された透過面である第１面１１を経て光学系３に入射した光源１からの光は、第２面１２で内部反射し、第３面１３で内部反射し、再び透過面である第２面１２を透過して照明光学系３から射出して、照射面４を照明する。
【００５４】
以下に、上記実施例１〜６の構成パラメータを示す。なお、表中、アナモルフィク面は"ANAM0" と、フレネル面は"FRESNEL" と、回転対称非球面は"RSASF" と表記してある。
【００５５】
実施例１
ＮＡ＝０．４５
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率    アッベ数
物体面      ∞
1         37.792                    偏心(1)   1.4922       57.5 
2       自由曲面[1]                 偏心(2)   1.4922       57.5 
3       自由曲面[2]                 偏心(3)   1.4922       57.5 
4       自由曲面[1]                 偏心(2) 
像  面      ∞                        偏心(4) 
自由曲面[1] 
Ｃ5   1.2280×10-3    Ｃ7   4.7616×10-3    Ｃ8   2.3358×10-5 
Ｃ10  1.0287×10-4    Ｃ12  1.7439×10-7    Ｃ14 -8.8309×10-8 
Ｃ16  9.8510×10-7    Ｃ17 -2.4542×10-9    Ｃ19 -4.0075×10-8 
Ｃ21 -1.8690×10-7 
自由曲面[2] 
Ｃ5   3.6258×10-3    Ｃ7   6.7712×10-3    Ｃ8  -4.0025×10-5 
Ｃ10 -1.6145×10-4    Ｃ12  2.8569×10-7    Ｃ14 -5.4790×10-6 
Ｃ16 -2.8775×10-6    Ｃ17  9.0539×10-9    Ｃ19 -5.4949×10-8 
Ｃ21 -1.0711×10-7 
偏心(1) 
ｘ      0.000   ｙ     4.219    ｚ    13.344
α    -16.39    β     0.00     γ     0.00 
偏心(2) 
ｘ      0.000   ｙ    -9.236    ｚ    35.857
α     47.41    β     0.00     γ     0.00 
偏心(3) 
ｘ      0.000   ｙ    -5.210    ｚ     7.766
α     54.76    β     0.00     γ     0.00 
偏心(4) 
ｘ      0.000   ｙ    -9.330    ｚ    42.737
α     40.70    β     0.00     γ     0.00                         。
【００５６】
実施例２
ＮＡ＝０．５３
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率    アッベ数
物体面      ∞
1         33.029                    偏心(1)   1.4922       57.5 
2       ANAM0[1]                    偏心(2)   1.4922       57.5 
3       ANAM0[2]                    偏心(3)   1.4922       57.5 
4       ANAM0[1]                    偏心(2) 
像  面      ∞                        偏心(4) 
ANAM0[1] 
Ｒy  2971.151 
Ｒx   149.734 
Ｋy     0.0000
Ｋx     0.0000
Ｒ1     5.0893×10-10 
Ｒ2     2.3129×10-9
Ｒ3     0.0000
Ｒ4     0.0000
Ｐ1     1.3780×101 
Ｐ2    -2.0652×10-1
Ｐ3     0.0000
Ｐ4     0.0000
ANAM0[2] 
Ｒy    58.678 
Ｒx    68.462 
Ｋy    -0.7420
Ｋx    -1.6878
Ｒ1    -1.4132×10-6
Ｒ2     2.8415×10-9
Ｒ3    -2.1868×10-12 
Ｒ4     6.3915×10-16 
Ｐ1     6.5176×10-1
Ｐ2     7.9619×10-2
Ｐ3    -5.2488×10-2
Ｐ4    -1.2490×10-1
偏心(1) 
ｘ      0.000   ｙ     7.845    ｚ     8.304
α    -17.15    β     0.00     γ     0.00 
偏心(2) 
ｘ      0.000   ｙ    -9.041    ｚ    33.527
α     46.28    β     0.00     γ     0.00 
偏心(3) 
ｘ      0.000   ｙ    -7.156    ｚ     7.302
α     55.00    β     0.00     γ     0.00 
偏心(4) 
ｘ      0.000   ｙ    -8.064    ｚ    37.672
α     49.29    β     0.00     γ     0.00                         。
【００５７】
実施例３
ＮＡ＝０．４５
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率    アッベ数
物体面      ∞
1         ∞
2       自由曲面[1]                 偏心(1)   1.4922       57.5 
3       自由曲面[2]                 偏心(2)   1.4922       57.5 
4       自由曲面[3]                 偏心(3)   1.4922       57.5 
5       自由曲面[2]                 偏心(2) 
6         ∞                        偏心(4) 
像  面      ∞
自由曲面[1] 
Ｃ5   1.2984×10-2    Ｃ7   1.4418×10-2    Ｃ8  -2.0655×10-4 
Ｃ10  4.5828×10-5    Ｃ12  2.5101×10-6    Ｃ14  4.8495×10-6 
Ｃ16 -3.2836×10-6 
自由曲面[2] 
Ｃ5   1.5103×10-3    Ｃ7   4.8247×10-3    Ｃ8   7.7747×10-6 
Ｃ10  5.4438×10-5    Ｃ12  2.0450×10-7    Ｃ14  5.8998×10-7 
Ｃ16  3.3063×10-7    Ｃ17 -1.0887×10-8    Ｃ19 -3.9061×10-8 
Ｃ21 -9.5993×10-8 
自由曲面[3] 
Ｃ5   1.6380×10-3    Ｃ7   6.2212×10-3    Ｃ8  -1.1013×10-4 
Ｃ10 -1.5952×10-4    Ｃ12 -1.5805×10-6    Ｃ14 -5.3799×10-6 
Ｃ16 -1.7957×10-6    Ｃ17 -1.0894×10-8    Ｃ19 -7.1797×10-8 
Ｃ21 -6.5336×10-8 
偏心(1) 
ｘ      0.000   ｙ    -0.846    ｚ    11.791
α    -13.10    β     0.00     γ     0.00 
偏心(2) 
ｘ      0.000   ｙ   -11.077    ｚ    37.397
α     45.77    β     0.00     γ     0.00 
偏心(3) 
ｘ      0.000   ｙ    -5.625    ｚ    10.102
α     54.76    β     0.00     γ     0.00 
偏心(4) 
ｘ      0.000   ｙ    -5.827    ｚ    43.081
α     35.09    β     0.00     γ     0.00                         。
【００５８】
実施例４
ＮＡ＝０．４７
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率    アッベ数
物体面      ∞
1         ∞
2       2461.546                    偏心(1)   1.4922       57.5 
3       RSASF[1]                    偏心(2)   1.4922       57.5 
4       FRESNEL[1]                  偏心(3)   1.4922       57.5 
5       RSASF[1]                    偏心(2) 
像  面      ∞                        偏心(4) 
RSASF[1] 
Ｒ   -348.386 
Ｋ      4.1670
Ａ4     1.3970×10-7
Ａ6    -1.8199×10-11 
Ａ8     1.7598×10-15 
Ａ10   -6.6360×10-20 
FRESNEL [1]
Ｒ    108.662 
Ｋ      0.0000
Ａ4    -1.4987×10-7
Ａ6    -3.1844×10-11 
Ａ8     4.4315×10-15 
Ａ10   -3.2296×10-19 
偏心(1) 
ｘ      0.000   ｙ   -18.962    ｚ     8.162
α    -14.05    β     0.00     γ     0.00 
偏心(2) 
ｘ      0.000   ｙ   -49.849    ｚ    81.356
α     42.41    β     0.00     γ     0.00 
偏心(3) 
ｘ      0.000   ｙ    -3.995    ｚ    -3.647
α     67.97    β     0.00     γ     0.00 
偏心(4) 
ｘ      0.000   ｙ     4.227    ｚ    40.097
α     81.66    β     0.00     γ     0.00                         。
【００５９】
実施例５
ＮＡ＝０．６
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率    アッベ数
物体面      ∞
1         ∞                        偏心(1)   1.5168       64.1 
2       ANAM0[1]                    偏心(2)   1.5168       64.1 
3       FRESNEL[1]                  偏心(3)   1.5168       64.1 
4       ANAM0[1]                    偏心(2) 
像  面      ∞                        偏心(4) 
ANAM0[1] 
Ｒy  -326.028 
Ｒx  -674.203 
Ｋy    10.2667
Ｋx    20.0000
Ｒ1     1.5001×10-7
Ｒ2    -1.6118×10-11 
Ｒ3     1.9722×10-15 
Ｒ4    -2.0286×10-20 
Ｐ1     1.5835×10-1
Ｐ2     9.6782×10-4
Ｐ3    -3.7274×10-2
Ｐ4     7.9944×10-2
FRESNEL[1] 
Ｒ    100.155 
Ｋ      0.0000
Ａ4    -1.0169×10-7
Ａ6    -4.1230×10-11 
Ａ8     1.5680×10-15 
Ａ10   -2.9531×10-19 
偏心(1) 
ｘ      0.000   ｙ    -7.564    ｚ     5.323
α    -25.00    β     0.00     γ     0.00 
偏心(2) 
ｘ      0.000   ｙ   -47.942    ｚ    66.428
α     39.59    β     0.00     γ     0.00 
偏心(3) 
ｘ      0.000   ｙ    -5.387    ｚ     2.326
α     64.10    β     0.00     γ     0.00 
偏心(4) 
ｘ      0.000   ｙ     0.086    ｚ    34.604
α     64.34    β     0.00     γ     0.00                         。
【００６０】
実施例６
ＮＡ＝０．５
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率    アッベ数
物体面      ∞
1         ∞
2        197.608                    偏心(1)   1.5168       64.1 
3       自由曲面[1]                 偏心(2)   1.5168       64.1 
4       FRESNEL[1]                  偏心(3)   1.5168       64.1 
5       自由曲面[1]                 偏心(2) 
像  面      ∞                        偏心(4) 
自由曲面[1] 
Ｃ5  -3.3999×10-4    Ｃ7  -2.8566×10-5    Ｃ8   2.1946×10-5 
Ｃ10  7.2290×10-5    Ｃ12 -3.1151×10-8    Ｃ14  2.0686×10-7 
Ｃ16 -1.5105×10-6    Ｃ17 -2.9699×10-9    Ｃ19 -5.7440×10-9 
Ｃ21 -3.5562×10-8 
FRESNEL[1] 
Ｒ    104.086 
Ｋ      0.0000
Ａ4    -6.3744×10-7 
Ａ6    -1.1700×10-11 
Ａ8     1.3038×10-14 
Ａ10   -5.9921×10-19 
偏心(1) 
ｘ      0.000   ｙ     5.551    ｚ    14.310
α    -20.35    β     0.00     γ     0.00 
偏心(2) 
ｘ      0.000   ｙ     4.798    ｚ    21.552
α     47.43    β     0.00     γ     0.00 
偏心(3) 
ｘ      0.000   ｙ    -8.281    ｚ     7.255
α     68.00    β     0.00     γ     0.00 
偏心(4) 
ｘ      0.000   ｙ     0.373    ｚ    40.339
α     67.91    β     0.00     γ     0.00                         。
【００６１】
以上の実施例では、前記定義式（ａ）の自由曲面を用いて構成したが、あらゆる定義の曲面が使えることは言うまでもない。しかし、どのような定義式を用いようとも、本発明に示されている何れかの条件を満足することにより、また、そのいくつかのものを満足することにより、収差のよく補正された照明光学系が得られることは言うまでもない。なお、偏心を無視した面の定義座標系の中心で規定される面の曲率、面の焦点距離等の従来の共軸系で使われる条件式は、本発明のように各面が大きく偏心して配置されている場合には、何らの意味も持たない。
【００６２】
以上、実施例１〜６は何れも光学系作用面が３面形態のものを示したが、図７〜図９のように、本発明の照明光学系は４面以上の作用面を有するものであってもよい。
【００６３】
図７の照明光学系３は、第１面１１である入射面と透過作用と反射作用とを有する第２面１２との間の光路中に第４面１４である第２の反射面を配置した例である。この形態の採用によって、正のパワーを与える反射作用面が１面増えることになり、照明光の集光作用と収差補正作用の相方のバランスを調整し得る構成要素が増加でき、設計上の自由度が増える点で優れている。
【００６４】
また、図８は、透過作用と反射作用とを有する第２面１２からの反射光を受けて再びその第２面１２に反射光を入射させるように、第２の反射面を形成する第４面１４を配置し、透過作用と反射作用とを有する第２面１２を２回の反射と１回の透過をなすように形成している。そして、２枚の反射面１３、１４は共に媒質側に凸面を向けた形状としている。
【００６５】
さらに、図９は、３面構成であるが、第１面１１を経て光学系３に入射した光源１からの光は、第３面１３で内部反射し、再び第１面１１へ入射し今度はその面で内部反射し、第２面１２で内部反射し、再度第１面１１へ入射して内部反射し、再び第２面１２へ入射し今度はその面を透過して照明光学系３から射出して、照射面４を照明する構成で、入射面の第１面１１が入射面としての透過作用と２回の反射作用を併せ持つ構成である。
【００６６】
このように、図８、図９の構成においては設計の自由度を増すことと共に、長い光路長が必要な照明光学系の光路にあっても、光路を折りたたむ回数を増加させることができコンパクト化が実現可能となる。
【００６７】
なお、図７〜図９の構成から離れて、本発明の優位点を、簡易な構成（生産性の向上）とコンパクト化のバランスという点に置くとすると、実施例１〜６に示した３面構成が最も優れている。
【００６８】
以上の本発明の照明光学系は、例えば次のように構成することができる。
【００６９】
〔１〕  光源から放射する光を照射面に照明させる照明光学系において、
前記照明光学系は少なくとも２面を有し、その少なくとも２面で形成された空間を屈折率が１より大きい媒質からなるプリズム部材を少なくとも備えて構成され、
前記照明光学系の照明光を射出する面の少なくとも一部は透過作用と反射作用とを有する面であり、
前記照明光を射出する面に対向した面は、軸上主光線に対して偏心するかあるいは傾いており、かつ、正のパワーを有する反射面であることを特徴とする照明光学系。
【００７０】
〔２〕  光源から放射する光を照射面に照明させる照明光学系において、
前記照明光学系は少なくとも２面を有し、その少なくとも２面で形成された空間を屈折率が１より大きい媒質からなるプリズム部材を少なくとも備えて構成され、
前記照明光学系を構成する少なくとも１面は回転非対称な面であり、
前記照明光学系の照明光を射出する面の少なくとも一部は透過作用と反射作用とを有する面であり、
前記照明光を射出する面に対向した面は、軸上主光線に対して偏心するかあるいは傾いており、かつ、正のパワーを有する反射面であることを特徴とする照明光学系。
【００７１】
〔３〕  光源から放射する光を照射面に照明させる照明光学系において、
前記照明光学系は少なくとも３面を有し、その少なくとも３面で形成された空間を屈折率が１より大きい媒質からなるプリズム部材を少なくとも備えて構成され、
前記照明光学系の照明光を射出する面の少なくとも一部は透過作用と反射作用とを有する面であり、
前記照明光を射出する面に対向した面は、軸上主光線に対して偏心するかあるいは傾いており、かつ、フレネル面を有する反射面であることを特徴とする照明光学系。
【００７２】
〔４〕  光源から放射する光を照射面に照明させる照明光学系において、
前記照明光学系は、前記光源から放射された発散光を集光させる作用を持ち、少なくとも入射面と、反射面と、透過作用と反射作用とを有する面の３面を含み、屈折率が１より大きい媒質からなるプリズム部材を少なくとも備えて構成され、
かつ、前記プリズム部材内に形成された光路が、前記光源から射出された光束が入射面から前記プリズム部材内部に入射され、その入射光が前記プリズム部材内部を通過して前記透過作用と反射作用とを有する面で反射され、その反射光が前記プリズム部材内部を通過して前記反射面で反射され、その反射光が最終的に前記透過作用と反射作用とを有する面から前記プリズム部材外部に射出されるように構成することにより、光路を折りたたみコンパクト化を図ったことを特徴とする照明光学系。
【００７３】
〔５〕  前記反射面が、正のパワーを有するように前記媒質側に凹面を向けた形状に構成されていることを特徴とする上記〔４〕記載の照明光学系。
【００７４】
〔６〕  前記透過作用と反射作用とを有する面が、前記プリズム部材における折りたたみ光路によって発生する偏心収差により生じる照明光量のむらを補正する作用を持った回転非対称面形状に構成されていることを特徴とする上記〔１〕〜〔５〕の何れか１項記載の照明光学系。
【００７５】
〔７〕  前記照明光を射出する面の前記照明光を射出する領域において、前記光源から射出した光が前記プリズム部材に入射した後、前記照明光を射出する面で内部反射する際の光の入射角をθとする場合、
θ≧ｓｉｎ-1（１／ｎ）                                ・・・（１）
（ただし、ｎは媒質の屈折率）
を満たすことを特徴とする上記〔１〕〜〔６〕の何れか１項記載の照明光学系。
【００７６】
〔８〕  前記照明光を射出する面の前記照明光を射出する領域より前記光源側の反射領域の少なくとも一部は反射コーティングがされていることを特徴とする上記〔１〕〜〔７〕の何れか１項記載の照明光学系。
【００７７】
〔９〕  前記照明光を射出する面は非球面であることを特徴とする上記〔１〕〜〔８〕の何れか１項記載の照明光学系。
【００７８】
〔１０〕  前記照明光を射出する面は非回転対称非球面であることを特徴とする上記〔９〕記載の照明光学系。
【００７９】
〔１１〕  前記照明光を射出する面はアナモルフィック非球面であることを特徴とする上記〔６〕記載の照明光学系。
【００８０】
〔１２〕  前記照明光を射出する面は対称となる面を面内面外共に複数有しない面であることを特徴とする上記〔６〕記載の照明光学系。
【００８１】
〔１３〕  前記光源から発した光が前記プリズム部材に入射する面は、前記光源に対して凸面であることを特徴とする上記〔１〕〜〔９〕の何れか１項記載の照明光学系。
【００８２】
〔１４〕  前記照明光を射出する面は、前記照射面に対して凹面であることを特徴とする上記〔１〕〜〔３〕の何れか１項記載の照明光学系。
【００８３】
〔１５〕  前記照射面は画像表示素子であることを特徴とする上記〔１〕〜〔１４〕の何れか１項記載の照明光学系。
【００８４】
〔１６〕  前記照射面は投影光学系を介して観察者の眼球に投影される画像表示素子であることを特徴とする上記〔１５〕記載の照明光学系。
【００８５】
〔１７〕  前記画像表示素子は液晶表示素子であることを特徴とする上記〔１５〕に記載の照明光学系。。
【００８６】
〔１８〕  前記照射面の法線に対して前記照明光の光線傾角をγとした場合、
γ≦１０°                                            ・・・（２）
なる条件を満たすことを特徴とする上記〔１〕〜〔１７〕の何れか１項記載の照明光学系。
【００８７】
〔１９〕  前記照射面の法線に対して前記照明光の光線傾角をγとした場合、
γ≦５°                                              ・・・（３）
なる条件を満たすことを特徴とする上記〔１８〕記載の照明光学系。
【００８８】
〔２０〕  前記照射面の法線に対して前記照明光の光線傾角をγとした場合、
γ≦２°                                              ・・・（４）
なる条件を満たすことを特徴とする上記〔１９〕記載の照明光学系。
【００８９】
〔２１〕  前記照明光学系の前記照射面におけるディストーションをＤとした場合、
−４０％≦Ｄ≦４０％                                  ・・・（５）
なる条件を満たすことを特徴とする上記〔１〕〜〔７〕の何れか１項記載の照明光学系。
【００９０】
〔２２〕  前記照明光学系の前記照射面におけるディストーションをＤとした場合、
−２０％≦Ｄ≦２０％                                  ・・・（６）
なる条件を満たすことを特徴とする上記〔２１〕記載の照明光学系。
【００９１】
〔２３〕  上記〔１８〕〜〔２２〕の何れか１項記載の照明光学系と前記照射面を投影するマイクロレンズを含む光学系とを有することを特徴とする画像表示装置。
【００９２】
〔２４〕  上記〔１〕〜〔２２〕の何れか１項記載の照明光学系と、その照明光学系に光を放射する照明光源と、前記照明光学系の照射面上に配置された画像表示面と、前記画像表示面に表示された画像を投影する投影光学系とを有することを特徴とする画像表示装置。
【００９３】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、広い開口数を有し、照明むらの少ない照明光を与える照明光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施例１の照明光学系の断面図である。
【図２】本発明の実施例２の照明光学系の断面図である。
【図３】本発明の実施例３の照明光学系の断面図である。
【図４】本発明の実施例４の照明光学系の断面図である。
【図５】本発明の実施例５の照明光学系の断面図である。
【図６】本発明の実施例６の照明光学系の断面図である。
【図７】本発明の照明光学系の可能な変形例を示す概略断面図である。
【図８】本発明の照明光学系の可能な別の変形例を示す概略断面図である。
【図９】本発明の照明光学系の可能なさらに別の変形例を示す概略断面図である。
【図１０】本発明による照明光学系を用いて画像表示装置を形成した１例の全体の構成を示す図である。
【図１１】本発明による照明光学系を用いて画像表示装置を形成した１例の画像表示部を示す図である。
【図１２】従来の１つの照明光学系を示す図である。
【符号の説明】
【００９５】
１…光源
２…光軸（軸上主光線）
３…照明光学系
４…照射面
５…投影光学系
６…観察者眼球
７…投影光学系の射出瞳位置
１１…照明光学系の第１面
１２…照明光学系の第２面
１３…照明光学系の第３面
１４…照明光学系の第４面
３１…マイクロレンズアレイ
３２…接眼光学系
【図１】
2004252483.tif 000003
【図２】
2004252483.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004252483.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004252483.tif 000009
【図８】
2004252483.tif 000010
【図９】
2004252483.tif 000011
【図１０】
2004252483.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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