(57)【要約】【課題】  照明光学系に用いられる偏光変換光学系の光の利用効率の向上を図る。【解決手段】  分割光学系は、第１のレンズアレイ内の複数の小レンズ列で形成された複数列の部分光線束を、より少ない列にまとめて第２のレンズアレイに入射させることによって、第１のレンズアレイのＭ列の小レンズ列で分割された部分光線束が第２のレンズアレイのＮ列の小レンズ列に入射するように構成される。第１のレンズアレイ内の複数の小レンズ列は２列の小レンズ列であり、２列の小レンズ列は、２列の小レンズ列のうち外側の１列の各小レンズの位置が、列の方向に沿って、内側の１列の各小レンズの位置からずれて配列されており、第１のレンズアレイの２列の小レンズ列に対応する第２のレンズアレイの１列の小レンズ列は、第１のレンズアレイの外側の１列の小レンズに対応する第１の小レンズと、内側の１列の小レンズに対応する第２の小レンズとが交互に配列される。【選択図】        図１
2005062900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光学装置の光入射面を照明領域として照明する照明光学系であって、
非偏光な光を射出する光源と、
前記光源から射出された光を複数の部分光線束に分割する分割光学系と、
非偏光な前記複数の部分光線束をそれぞれ偏光方向の揃った一種類の直線偏光光にほぼ変換して射出する偏光変換光学系と、を備え、
前記分割光学系は、Ｍ列（Ｍは２以上の整数）の小レンズ列を有する第１のレンズアレイと、Ｎ列（ＮはＭよりも小さな１以上の整数）の小レンズ列を有する第２のレンズアレイとを備えており、
前記分割光学系は、さらに、前記第１のレンズアレイ内の複数の小レンズ列で形成された複数列の部分光線束を、より少ない列にまとめて前記第２のレンズアレイに入射させることによって、前記第１のレンズアレイのＭ列の小レンズ列で分割された部分光線束が前記第２のレンズアレイのＮ列の小レンズ列に入射するように構成されており、
前記第１のレンズアレイ内の前記複数の小レンズ列は２列の小レンズ列であり、
前記２列の小レンズ列は、前記２列の小レンズ列のうち外側の１列の各小レンズの位置が、列の方向に沿って、内側の１列の各小レンズの位置からずれて配列されており、
前記第１のレンズアレイの前記２列の小レンズ列に対応する前記第２のレンズアレイの１列の小レンズ列は、前記第１のレンズアレイの前記外側の１列の小レンズに対応する第１の小レンズと、前記内側の１列の小レンズに対応する第２の小レンズとが交互に配列されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
請求項１記載の照明光学系であって、
前記第１のレンズアレイの小レンズの数と、前記第２のレンズアレイの小レンズの数とが等しい、照明光学系。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の照明光学系であって、
前記第１のレンズアレイ内の前記複数の小レンズ列は、前記Ｎ列の小レンズ列の最も外側に配置されている、照明光学系。
【請求項４】
画像を投写して表示する投写型表示装置であって、
所定の照明領域を照明する照明光学系と、
前記照明領域としての光入射面を有し、前記照明光学系からの入射光を画像情報に応じて変調する電気光学装置と、
前記電気光学装置で得られる変調光を投写する投写光学系と、を備え、
前記照明光学系は、
非偏光な光を射出する光源と、
前記光源から射出された光を複数の部分光線束に分割する分割光学系と、
非偏光な前記複数の部分光線束をそれぞれ偏光方向の揃った一種類の直線偏光光にほぼ変換して射出する偏光変換光学系と、を備え、
前記分割光学系は、Ｍ列（Ｍは２以上の整数）の小レンズ列を有する第１のレンズアレイと、Ｎ列（ＮはＭよりも小さな１以上の整数）の小レンズ列を有する第２のレンズアレイとを備えており、
前記分割光学系は、さらに、前記第１のレンズアレイ内の複数の小レンズ列で形成された複数列の部分光線束を、より少ない列にまとめて前記第２のレンズアレイに入射させることによって、前記第１のレンズアレイのＭ列の小レンズ列で分割された部分光線束が前記第２のレンズアレイのＮ列の小レンズ列に入射するように構成されており、
前記第１のレンズアレイ内の前記複数の小レンズ列は２列の小レンズ列であり、
前記２列の小レンズ列は、前記２列の小レンズ列のうち外側の１列の各小レンズの位置が、列の方向に沿って、内側の１列の各小レンズの位置からずれて配列されており、
前記第１のレンズアレイの前記２列の小レンズ列に対応する前記第２のレンズアレイの１列の小レンズ列は、前記第１のレンズアレイの前記外側の１列の小レンズに対応する第１の小レンズと、前記内側の１列の小レンズに対応する第２の小レンズとが交互に配列されていることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項５】
請求項４記載の投写型表示装置であって、
前記第１のレンズアレイの小レンズの数と、前記第２のレンズアレイの小レンズの数とが等しい、投写型表示装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５記載の投写型表示装置であって、
前記第１のレンズアレイ内の前記複数の小レンズ列は、前記Ｎ列の小レンズ列の最も外側に配置されている、投写型表示装置。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の投写型表示装置であって、
さらに、前記照明光学系からの射出光を少なくとも２色の色光に分離する色光分離光学系と、
前記色光分離光学系により分離された各色光をそれぞれ変調する複数の前記電気光学装置と、
それぞれの前記電気光学装置で変調された後の各色の変調光を合成する色光合成光学系と、を備え、
前記色光合成手段によって得られた合成光束が前記投写光学系を介して投写される、投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源の射出光を複数の部分光線束に分割した後に同一の照明領域上でほぼ重畳させる照明光学系に関するものである。また、本発明は、この照明光学系を用いて均一で明るい画像を表示可能な投写型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
投写型表示装置では、「ライトバルブ」と呼ばれる電気光学装置に照射された照明光を、表示させたい画像情報に応じて変調し、この変調光をスクリーン上に投写して画像表示を実現している。このような投写型表示装置によって表示される画像は均一で明るいことが好ましく、これに適用された照明光学系の光の利用効率が高いことが好ましい。
【０００３】
電気光学装置としては、一種類の直線偏光光のみを変調するタイプの液晶パネル（液晶ライトバルブ）を用いる場合が多い。このような液晶パネルに非偏光な照明光を照射した場合、非偏光な照明光に含まれる互いに直交する２種類の直線偏光光のうち、一方の直線偏光光のみが利用され、他方の直線偏光光は利用されないことになる。このため、非偏光な照明光を射出する照明光学系が上記液晶パネルを用いた投写型表示装置に適用された場合、照明光の利用効率が悪くなってしまう。このような問題を解決するため、従来より、光源から射出された非偏光な光を一種類の直線偏光光に変換する偏光変換光学系を用いた照明光学系が利用されている。
【０００４】
ところで、光源から射出される光線束は、通常、光源の光軸付近の光の強度が最も高く、光軸から離れるに従って低くなる傾向にある。このような光をそのまま照明光とすると、投写型表示装置において不均一な画像が表示されることになる。このような問題を解決するため、従来より、照明領域である液晶パネルを均一に照明する光学系としてインテグレータ光学系が利用されている。
【０００５】
図９は、従来の照明光学系の例を示す概略構成図である。この照明光学系は、光源４１２０と、第１のレンズアレイ４１３０と、第２のレンズアレイ４１４０と、偏光変換光学系４１５０と、重畳レンズ４１６０とを備えている。２つのレンズアレイ４１３０と，４１４０と、重畳光学系（重畳レンズ）４１６０とは、インテグレータ光学系を構成している。
【０００６】
第１のレンズアレイ４１３０は、複数の小レンズ４１３２を有している。第２のレンズアレイ４１４０は、第１のレンズアレイ４１３０の複数の小レンズ４１３２に対応するように複数の小レンズ４１４２を有している。
【０００７】
偏光変換光学系４１５０は、互いに平行な偏光分離膜４１５２と反射膜４１５４とがｘ軸方向に沿って複数組配列されている。これらの偏光分離膜４１５２および反射膜４１５４は、ｘｙ平面に対して一定の傾きを有している。各偏光分離膜４１５２の射出側には、それぞれλ／２位相差板４１５６が設けられている。
【０００８】
光源４１２０から射出された略平行な光は、第１のレンズアレイ４１３０の複数の小レンズ４１３２によって複数の部分光線束に分割される。分割された複数の部分光線束は、第１のレンズアレイ４１３０の小レンズ４１３２の集光作用によって、第２のレンズアレイ４１４０の小レンズ４１４２および偏光変換光学系４１５０の偏光分離膜４１５２の近傍に集光される。集光されて偏光分離膜４１５２に入射した光のうち、一方の直線偏光成分（例えば、ｐ偏光光）は偏光分離膜４１５２を透過し、他方の直線偏光成分（例えば、ｓ偏光光）は偏光分離膜４１５２を反射する。偏光分離膜４１５２を反射した他方の直線偏光成分は、反射膜４１５４で反射し、重畳光学系４１６０に入射する。一方、偏光分離膜４１５２を透過した一方の直線偏光成分は、λ／２位相差板４１５６に入射して他方の直線偏光成分と同じ偏光方向の直線偏光光に変換されて、重畳光学系４１６０に入射する。このようにして重畳光学系４１６０に入射した複数の部分光線束は、それぞれ照明領域４１８０でほぼ重畳される。これにより、照明領域４１８０を、ほぼ一種類の直線偏光光でほぼ均一に照明することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の照明光学系では、第１のレンズアレイ４１３０で分割された略平行な部分光線束は偏光分離膜４１５２に入射するように集光され、この結果、偏光分離膜４１５２に入射する部分光線束のそれぞれは空間的に分離されている。反射膜４１５４は、第２のレンズアレイ４１４０から射出された部分光線束が直接には入射しない位置に配置されており、偏光分離膜４１５２を反射した直線偏光成分を反射する。このように、光源から射出された非偏光な光は、偏光分離膜４１５２と反射膜４１５４とによって２種類の直線偏光光に分離される。
【００１０】
偏光分離膜４１５２の近傍に集光される各部分光線束は、光源４１２０の射出光が理想的な平行光であれば、ほぼ１点に集光される。しかし、実際の光源は点光源ではないため、光源４１２０の射出光は完全な平行光とはならず、各部分光線束は、ある程度広がりを有する集光像を形成する。光源４１２０から射出された非偏光光をより効率良くほぼ一種類の直線偏光光に変換するためには、各部分光線束のほとんどが偏光分離膜４１５２に入射するようにすればよい。ここで、第２のレンズアレイ４１４０および偏光変換光学系４１５０は、ほぼ密接して配置されており、第２のレンズアレイ４１４０の射出面と偏光変換光学系４１５０の入射面とは、ほとんど一致していると言える。従って、各部分光線束のほとんどが偏光分離膜４１５２に入射するためには、偏光分離膜４１５２および反射膜４１５４のｘ軸方向に沿った幅を、各部分光線束の集光像のｘ軸方向に沿った幅以上の大きさに設定すればよい。
【００１１】
ところで、投写型表示装置に用いられる投写レンズ（投写光学系）には、入射する光を有効に投写可能な入射角の限界値（最大値）が存在している。このような入射角の限界値は、「呑み込み角」と呼ばれている。呑み込み角を大きくするためには、Ｆナンバの小さなレンズを用いればよい。しかし、このようなＦナンバの小さなレンズは、装置の大型化、価格上昇等の問題があるため、投写レンズとしてはＦナンバの大きなレンズを使用することが好ましい。すなわち、投写型表示装置において、照明光学系の後段に配置された液晶パネルや投写レンズ等の光学装置に入射する光の入射角は小さいほうが好ましいと言える。従って、通常、使用する投写レンズを基準に各光学要素の特性を決定する場合が多い。
【００１２】
使用する投写レンズが決定されると、呑み込み角が決定される。一方、照明領域４１８０と重畳光学系４１６０との間の距離は、装置全体の寸法上の制約から、ある値以下に制限される。従って、投写レンズの呑み込み角の中になるべく多くの照明光を集めようとすると、偏光変換光学系４１５０のｘ軸方向に沿った幅の限界値が決定される。偏光変換光学系４１５０のｘ軸方向に沿った幅をこの限界値以下に設定したときには、偏光分離膜４１５２および反射膜４１５４のｘ軸方向の幅が、集光像のｘ軸方向に沿った幅よりもかなり小さくなってしまう場合がある。このような場合には、光源から射出された非偏光光をより効率良くほぼ一種類の直線偏光光に変換することができないという問題がある。
【００１３】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、偏光変換光学系の光の利用効率の向上を図ることにより、照明光学系の光の利用効率の向上を図ることができる技術を提供することを目的とする。また、投写型表示装置において、均一でより明るい投写画像を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の照明光学系は、
所定の光学装置の光入射面を照明領域として照明する照明光学系であって、
非偏光な光を射出する光源と、
前記光源から射出された光を複数の部分光線束に分割する分割光学系と、
非偏光な前記複数の部分光線束をそれぞれ偏光方向の揃った一種類の直線偏光光にほぼ変換して射出する偏光変換光学系と、を備え、
前記分割光学系は、Ｍ列（Ｍは２以上の整数）の小レンズ列を有する第１のレンズアレイと、Ｎ列（ＮはＭよりも小さな１以上の整数）の小レンズ列を有する第２のレンズアレイとを備えており、
前記分割光学系は、さらに、前記第１のレンズアレイ内の複数の小レンズ列で形成された複数列の部分光線束を、より少ない列にまとめて前記第２のレンズアレイに入射させることによって、前記第１のレンズアレイのＭ列の小レンズ列で分割された部分光線束が前記第２のレンズアレイのＮ列の小レンズ列に入射するように構成されており、
前記第１のレンズアレイ内の前記複数の小レンズ列は２列の小レンズ列であり、
前記２列の小レンズ列は、前記２列の小レンズ列のうち外側の１列の各小レンズの位置が、列の方向に沿って、内側の１列の各小レンズの位置からずれて配列されており、
前記第１のレンズアレイの前記２列の小レンズ列に対応する前記第２のレンズアレイの１列の小レンズ列は、前記第１のレンズアレイの前記外側の１列の小レンズに対応する第１の小レンズと、前記内側の１列の小レンズに対応する第２の小レンズとが交互に配列されていることを特徴とする。
【００１５】
上記照明光学系によれば、第１のレンズアレイのＭ列の小レンズ列で分割された部分光線束が第２のレンズアレイのＮ列の小レンズ列に入射するようにすることができる。これにより、偏光変換光学系に入射する光の入射効率を向上させることができるので、偏光変換光学系の光の利用効率を従来に比べて向上させることができる。この結果、照明光学系の光の利用効率の向上を図ることができる。
【００１６】
ここで、前記第１のレンズアレイの小レンズの数と、前記第２のレンズアレイの小レンズの数とが等しいことが好ましい。
【００１７】
このようにすれば、偏光変換光学系に入射する光の入射効率をさらに向上させることができる。
【００１８】
なお、上記照明光学系において、
前記第１のレンズアレイ内の前記複数の小レンズ列は、前記Ｎ列の小レンズ列の最も外側に配置されていることが好ましい。
【００１９】
このようにしても、偏光変換光学系の光の利用効率を従来に比べて向上させることができる。
【００２０】
本発明の上記各照明光学系は、投写型表示装置の照明光学系として利用することができる。本発明の投写型表示装置は、
上記各照明光学系のいずれか１つと、
前記照明領域としての光入射面を有し、前記照明光学系からの入射光を画像情報に応じて変調する電気光学装置と、
前記電気光学装置で得られる変調光を投写する投写光学系と、
を備えることを特徴とする。
【００２１】
上述したように、本発明の照明光学系は、従来に比べて光の利用効率を向上させることができる。従って、本発明の照明光学系が組み込まれた投写型表示装置では、投写画像の明るさを向上させることができる。
【００２２】
なお、本発明の照明光学系は、分割光学系によるインテグレータ光学系を有しているので、光源から射出された光が光線束の断面内でその光強度分布に大きな偏りを有していた場合でも、明るさが均一で明るさや色むらの無い照明光を得ることが可能となるため、投写面全体に渡って明るさが均一で明るさや色むらの無い投写画像を得ることができる。
【００２３】
上記投写型表示装置は、さらに、前記照明光学系からの射出光を少なくとも２色の色光に分離する色光分離光学系と、
前記色光分離光学系により分離された各色光をそれぞれ変調する複数の前記電気光学装置と、
それぞれの前記電気光学装置で変調された後の各色の変調光を合成する色光合成光学系と、を備え、
前記色光合成手段によって得られた合成光束が前記投写光学系を介して投写されるようにすることもできる。
【００２４】
このようにすれば、従来より明るく均一でむらの無いカラー画像を投写表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の各実施例を説明する。尚、以下の各実施例においては、特に断りのない限り、光の進行方向をｚ軸方向（光軸と平行な方向）とし、ｚ軸方向から見て１２時の方向をｙ軸方向（縦方向）とし、３時の方向をｘ軸方向（横方向）とする。
【００２６】
Ａ．照明光学系：
図１は、本発明の照明光学系の要部を平面的に見た概略構成図である。この照明光学系１００は、光源２０と、分割光学系３０と、偏光変換光学系６０と、重畳光学系（重畳レンズ）７０と、を備えている。これらの各光学要素２０，３０，６０，７０は、それぞれの中心軸が照明光学系１００のシステム光軸１００ａｘに一致するように配置されている。分割光学系３０および重畳光学系７０は、照明領域ＬＡの有効照明領域ＥＬＡをほぼ均一に照明するためのインテグレータ光学系を構成している。
【００２７】
光源２０は、放射状の光線を射出する放射光源としての光源ランプ２２と、光源ランプ２２から射出された放射光をほぼ平行な光線束として射出する凹面鏡２４とを有している。光源ランプ２２としては、通常、メタルハライドランプや高圧水銀灯などの高圧放電灯が用いられる。凹面鏡２４としては、放物面鏡を用いることが好ましい。なお、放物面鏡に代えて、楕円面鏡や球面鏡なども用いることができる。
【００２８】
分割光学系３０は、第１のレンズアレイ４０と、第２のレンズアレイ５０とを備えている。第１のレンズアレイ４０と、第２のレンズアレイ５０とは、ほぼ同じ大きさの幅および高さを有している。第１のレンズアレイ４０は、光源２０から射出された略平行な光を、複数の部分光線束に分割するとともに、それぞれの部分光線束を集光して第２のレンズアレイ５０および偏光変換光学系６０の近傍に集光像を形成する機能を有している。この機能については第２のレンズアレイ５０の機能とともに、さらに後述する。
【００２９】
図２は、第１のレンズアレイ４０を示す説明図である。図２（Ａ）は、光の入射面側から見た正面図を示している。第１のレンズアレイ４０は、略矩形形状の輪郭を有する平凸状の第１の小レンズ４２が複数行複数列に敷き詰め配列された構成を有している。但し、各列の行数（各列に含まれる小レンズの数）は必ずしも同じである必要はない。ここで、光軸４０ａｘを通りｙ軸方向に沿った線を基準線４０ｙとし、光軸４０ａｘを通りｘ軸方向に沿った線を基準線４０ｘとする。複数の第１の小レンズ４２は、基準線４０ｙを中心として左右両方向（±ｘ軸方向）に４列ずつ配列されている。左側第１〜第３列目の各列には、基準線４０ｘを中心として上下方向に１０個の第１の小レンズ４２が配列されており、左側第４列目の列には９個の第１の小レンズ４２が敷き詰め配列されている。また、左側第４列目の列の各行の第１の小レンズ４２は、左側第３列目の列の各行の第１の小レンズ４２のちょうど行間に配列されている。なお、右側の各列は、左側の各列と同様である。
【００３０】
各第１の小レンズ４２のｚ方向から見た外形形状は、通常、有効照明領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。例えば、照明領域として液晶パネルを想定し、有効照明領域である画像の形成領域のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３であるならば、第１の小レンズ４２のアスペクト比も４：３に設定することが好ましい。
【００３１】
図２（Ａ）に示す＋印は、各第１の小レンズ４２の光軸を示している。各第１の小レンズ４２の光軸のｙ軸方向の位置は、それぞれレンズの中心となるように設定されている。一方、ｘ軸方向の位置は、配列されている列に応じて異なった位置に設定されている。
【００３２】
図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面図を示し、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ断面図を示している。なお、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のレンズアレイの中央の２行以外の行（「周辺行」と呼ぶ）の断面図であり、図２（Ｃ）は図２（Ａ）の中央の２行（「中央行」と呼ぶ）の断面図である。ｘ軸方向に沿って基準線４０ｙよりも左側に並ぶ各第１の小レンズ４２は、図２（Ｂ）に示すように、各列毎に異なった偏心レンズ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄで構成されている。基準線４０ｙよりも右側に並ぶ各第１の小レンズ４２は、これらの小レンズ４２ａ〜４２ｄとは、対称な偏心レンズ４２ａ'，４２ｂ'，４２ｃ'，４２ｄ'で構成されている。
【００３３】
なお、左側第１列目の中央にある２つの第１の小レンズ４２は、図２（Ｃ）に示すように、図２（Ｂ）の中央にある偏心レンズ４２ａ，４２ａ'とは異なる形状の偏心レンズ４２ｅ，４２ｅ'で構成されている。偏心レンズ４２ｅの光軸の位置は、偏心レンズ４２ａよりも＋ｘ方向にずれており、偏心レンズ４２ｅ'の光軸の位置は、偏心レンズ４２ａ'よりも−ｘ方向にずれている。このように、同じ列内で異なる偏心レンズが設けられているのは、以下の理由による。すなわち、中央行の偏心レンズ４２ｅ，４２ｅ'を通過する光軸４０ａｘ付近の光による集光像は、周辺行の偏心レンズ４２ａ，４２ａ'を通過する光の集光像に比べて基準線４０ｙ側に偏る傾向にある。そこで、上記のような異なる偏心レンズを用いることによって、各列の第１の小レンズ４２を通過する光の集光像がほぼ一列に並ぶように、このような偏りを補正している。
【００３４】
図３は、第２のレンズアレイ５０を示す説明図である。図３（Ａ）は、光の入射面側から見た正面図を示している。図３（Ｂ）は底面図を示し、図３（Ｃ）は側面図を示している。また、図３（Ｄ）は図３（Ａ）のＤ−Ｄ断面図を示し、図３（Ｅ）は図３（Ａ）のＥ−Ｅ断面図を示し、図３（Ｆ）は図３（Ａ）のＦ−Ｆ断面図を示している。
【００３５】
第２のレンズアレイ５０は、略矩形形状の輪郭を有する平凸状の第２の小レンズ５２が複数行複数列に敷き詰め配列された構成を有している。第２のレンズアレイ５０は、第１のレンズアレイ４０の第１の小レンズ４２それぞれに対応するように、第１の小レンズ４２と同じ数の第２の小レンズ５２を有している。但し、以下に説明するように、第１のレンズアレイ４０の第３列目と第４列目の小レンズに対応する第２のレンズアレイ５０の小レンズは、第３列目のみに、すなわち１列に並べられている。レンズアレイ５０の縦方向の高さＨ５０および横方向の長さＬ５０は、レンズアレイ４０の縦方向の高さＨ４０（図２（Ａ））および横方向の長さＬ４０にほぼ等しい。ここで、レンズアレイの大きさは、複数行複数列に敷き詰め配列された小レンズ全体の大きさをいい、それ以外の部分を含まない。なお、光軸５０ａｘを通りｙ軸方向に沿った線を基準線５０ｙとし、光軸５０ａｘを通りｘ軸方向に沿った線を基準線５０ｘとする。
【００３６】
複数の第２の小レンズ５２は、基準線５０ｙを中心として左右両方向（±ｘ軸方向）に３列ずつ配列されている。左側第１、第２列目の各列には、第１のレンズアレイ４０の左側第１、第２列目の各列に配列されている第１の小レンズ４２（図２（Ａ））と同じ数の第２の小レンズ５２が配列されている。すなわち、基準線５０ｘを中心として上下両方向にそれぞれ５行の第２の小レンズ５２が配列されている。左側第３列目の列には、第１のレンズアレイ４０の左側第３、第４列目に配列された第１の小レンズ４２の数の和と同じ数、すなわち１９個の第２の小レンズ５２が配列されている。左側第３列目の列の奇数行の第２の小レンズ５２は、第１のレンズアレイ４０の左側第３列目の第１の小レンズ４２に対応しいる。また、偶数行の第２の小レンズ５２は、第１のレンズアレイ４０の左側第４列目の第１の小レンズ４２に対応している。
【００３７】
左側各列のｙ軸方向の全体の長さは同じに設定されている。但し、各第２の小レンズ５２のｚ方向から見た外形形状は、対応する第１のレンズアレイ４０の第１の小レンズ４２によって形成される集光像をほぼ含む大きさとなるようにそれぞれ調整されている。また、左側第３列目の列に配列された各第２の小レンズ５２は、他の列の第２の小レンズ５２に比べてｙ軸方向の大きさが小さい。なお、第２のレンズアレイ４０の右側の各第２の小レンズ５２も左側と同様である。
【００３８】
図３（Ａ）に示す＋印は、各第２の小レンズ５２の光軸を示している。各第２の小レンズ５２の光軸の位置は、図３（Ｂ）〜図３（Ｆ）に示すように、配列されている位置に応じて異なった位置に設定されている。なお、各第２の小レンズ５２の光軸の位置については、さらに後述する。
【００３９】
図１の偏光変換光学系６０は、システム光軸１００ａｘを中心として第２のレンズアレイ４０の＋ｘ軸方向側から射出される各部分光線束が入射する第１の偏光変換光学系６０Ａと、−ｘ軸方向側から射出される各部分光線束が入射する第２の偏光変換光学系６０Ｂとを備えている。
【００４０】
図４は、第１の偏光変換光学系６０Ａの構成を示す説明図である。図４（Ａ）は第１の偏光変換光学系６０Ａの斜視図であり、図４（Ｂ）は第１の偏光変換光学系６０Ａを拡大して示す平面図である。第１の偏光変換光学系６０Ａは、遮光板６２と、偏光ビームスプリッタアレイ６４と、選択位相差板６６とを備えている。偏光ビームスプリッタアレイ６４は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性板材６４ａが、交互に貼り合わされた形状を有している。透光性板材６４ａの界面には、偏光分離膜６４ｂと反射膜６４ｃとが交互に形成されている。なお、この偏光ビームスプリッタアレイ６４は、偏光分離膜６４ｂと反射膜６４ｃが交互に配置されるように、これらの膜が形成された複数枚の板ガラスを貼り合わせて、所定の角度で斜めに切断することによって作製される。偏光分離膜６４ｂは誘電体多層膜で、また、反射膜６４ｃは誘電体多層膜あるいはアルミニウム膜で形成することができる。
【００４１】
遮光板６２は、図４（Ａ）に示すように、複数の遮光面６２ａと複数の開口面６２ｂとがストライプ状に配列して構成されたものである。遮光板６２の遮光面６２ａに入射した光は遮られ、開口面６２ｂに入射した光は遮光板６２をそのまま通過する。従って、遮光板６２は、遮光板６２上の位置に応じて透過する光を制御する機能を有している。遮光板６２の遮光面６２ａと開口面６２ｂの配列の仕方は、第２のレンズアレイ５０から射出された部分光線束が偏光ビームスプリッタアレイ６４の偏光分離膜６４ｂにのみ入射し、反射膜６４ｃには入射しないように設定されている。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、遮光板６２のそれぞれの開口面６２ｂの中心と偏光ビームスプリッタアレイ６４の偏光分離膜４４ｂの中心がほぼ一致するように配置されている。また、開口面６２ｂの開口横幅（ｘ軸方向の開口幅）は偏光分離膜６４ｂのｘ方向の幅Ｗｐにほぼ等しい大きさに設定されている。したがって、偏光分離膜６４ｂを経ずして反射膜６４ｃに直接入射する部分光線束は、予め遮光板６２の遮光面６２ａで遮られてほとんど存在しない。すなわち、遮光板６２の開口面６２ｂを通過した光線束のほとんど全てが偏光分離膜４４ｂのみに入射することになる。遮光板６２としては、本例のように平板状の透明体（例えばガラス板）に遮光性の膜（例えばクロム膜、アルミニウム膜、及び、誘電体多層膜）を部分的に形成したものや、あるいは、例えばアルミニウム板のような遮光性の平板に開口部を設けたもの等を使用できる。
【００４２】
遮光板６２の開口面６２ｂを通過した非偏光な光線束（図４（Ｂ）に、実線で示す）は、偏光ビームスプリッタアレイ６４の偏光分離膜６４ｂに入射し、２種類の直線偏光光（ｓ偏光光とｐ偏光光と）に分離される。ｐ偏光光のほとんどは、偏光分離膜６４ｂをそのまま透過する。一方、ｓ偏光光のほとんどは、偏光分離膜６４ｂで反射され、さらに反射膜６４ｃで反射されて、偏光分離膜４４ｂをそのまま通過したｐ偏光光とほぼ平行な状態で、ｘ軸方向に距離Ｗｐだけ平行移動されて射出される。選択位相差板６６の偏光分離膜６４ｂを通過する光の射出面部分にはλ／２位相差層６６ａが形成されており、反射膜６４ｃで反射された光の射出面部分にはλ／２位相差層が形成されていない開口層６６ｂを有している。従って、偏光分離膜６４ｂを透過したｐ偏光光は、λ／２位相差層６６ａによってｓ偏光光に変換されて射出する。この結果、第１の偏光変換光学系６０Ａに入射した非偏光な光のほとんどはｓ偏光光に変換されて射出する。もちろん反射膜６４ｃで反射される光の射出面部分だけに選択位相差板６６のλ／２位相差層６６ａを形成することにより、ほとんどの光束をｐ偏光光に変換して射出することもできる。また、偏光分離膜６４ｂは、ｓ偏光光をほとんど透過し、ｐ偏光光をほとんど反射するものでもよい。
【００４３】
ここで、非偏光な光が偏光分離膜６４ｂではなく、反射膜６４ｃに直接入射するとすると、第１の偏光変換光学系６０Ａからは、ｓ偏光光ではなくｐ偏光光の光が射出されることになる。上述したように、本実施例では、遮光板６２によって反射膜４４ｃに光が入射するのを防止している。従って、反射膜６４ｃに非偏光な光が入射して、第１の偏光変換光学系６０Ａから望ましくない直線偏光光が射出されるのを防止することができる。
【００４４】
第２の偏光変換光学系６０Ｂは、システム光軸１００ａｘを対称軸として偏光変換光学系６０Ａと対称な構造を有しており、同様の機能を有している。
【００４５】
図５は、第１のレンズアレイ４０と第２のレンズアレイ５０と第１の偏光変換光学系６０Ａとの配置関係を示す説明図である。図５は、システム光軸１００ａｘから＋ｘ軸方向側の上面側から見た平面図である。第２のレンズアレイ５０は、第１のレンズアレイ４０とほぼ同じ大きさを有しているが、図２および図３に示したように第１のレンズアレイ４０の列数に比べて１列少ない。従って、第２のレンズアレイ５０の第２の小レンズ５２（５２ａ〜５２ｄ）は、第１のレンズアレイ４０の第１の小レンズ４２（４２ａ〜４２ｄ）に比べて、個々の小レンズのｘ軸方向の幅が大きい。このため、第１のレンズアレイ４０の第１〜第４列目の第１の小レンズ４２ａ〜４２ｄは、対応する第２のレンズアレイ５０の第２の小レンズ５２ａ〜５２ｄに各部分光線束をそれぞれ入射させるように、それぞれ異なった位置に光軸を有する偏心レンズで構成されている。また、第１のレンズアレイ４０の第１の小レンズ４２ａ〜４２ｄに対応する第２のレンズアレイ５０の第２の小レンズ５２ａ〜５２ｄも、それぞれ異なった位置に光軸を有する偏心レンズである。また、第１のレンズアレイ４０の第３列目に対応する第２の小レンズ５２ｃと第４列目に対応する第２の小レンズ５２ｄは、上述したように、第２のレンズアレイ５０の第３列目を構成するように１列に配列されている。より具体的には第２の小レンズ５２ｄと第２の小レンズ５２ｃとが交互に配列されている。
【００４６】
第１のレンズアレイ４０の各列の小レンズ４２ａ〜４２ｄは、それぞれの光軸４２ａｘ〜４２ｄｘが第２のレンズアレイ５０の対応する第２の小レンズ５２ａ〜５２ｄの外形の中心を通る中心軸５２ａｃｘ〜５２ｄｃｘに一致するように配置されている。
【００４７】
第２のレンズアレイ５０の第１列目の第２の小レンズ５２ａの中心軸５２ａｃｘは、偏光変換光学系６０Ａの第１列目の偏光分離膜６４ｂ１のｘ軸方向の中心をほぼ通るように設定されている。第２列目の第２の小レンズ５２ｂの中心軸５２ｂｃｘは、偏光変換光学系６０Ａの第２列目の偏光分離膜６４ｂ２のｘ軸方向の中心をほぼ通るように設定されている。第３列目の第２の小レンズ５２ｃの中心軸５２ｃｃｘは、偏光変換光学系６０Ａの第３列目の偏光分離膜６４ｂ３のｘ軸方向の中心をほぼ通るように設定されている。また、第３列目の第２の小レンズ５２ｄの中心軸５２ｄｃｘも、偏光変換光学系６０Ａの第３列目の偏光分離膜６４ｂ３のｘ軸方向の中心をほぼ通るように設定されている。ただし、第２の小レンズ５２ｃと５２ｄとは、それぞれの中心軸５２ｃｃｘと５２ｄｃｘとがｙ軸方向で互いにずれるように設定されている。なお、図５では、２つの中心軸５２ｃｃｘ，５２ｄｃｘを区別できるように、中心軸５２ｃｃｘが中央から外れた位置に描かれている。
【００４８】
第１のレンズアレイ４０の各第１の小レンズ４２ａ〜４２ｄから射出された各部分光線束は、各レンズの光軸４２ａｘ〜４２ｄｘの位置に応じて偏向され、第２のレンズアレイ５０の対応する各第２の小レンズ５２ａ〜５２ｄに入射する。各第２の小レンズ５２ａ〜５２ｄの光軸５２ａａｘ〜５２ｄａｘは、それぞれに入射した各部分光線束の中心軸がシステム光軸１００ａｘにほぼ平行となるように設定されている。
【００４９】
図６は、第１のレンズアレイ４０によって偏光分離膜６４ｂの近傍に形成される集光像を示す説明図である。図６（Ａ）は、基準線４０ｘよりも＋ｙ軸方向および基準線４０ｙよりも＋ｘ軸方向側の第１のレンズアレイ４０によって分割された複数の部分光線束の集光像（複数の閉曲線図形）と、これらの部分光線束が入射する偏光変換光学系６０Ａの偏光分離膜６４ｂとの関係を示している。破線で示された図形は、第２のレンズアレイ５０の位置を示している。
【００５０】
図６（Ｂ）は、従来の照明光学系において、第１のレンズアレイ４０'によって偏光分離膜６４ｂ'の近傍に形成される集光像を示している。ここで、「従来の照明光学系」とは、第１のレンズアレイ４０'および第２のレンズアレイ５０'として、偏心レンズではなく、同心レンズを図２（Ａ）に示す配列に並べたものを用いた光学系を意味している。破線で示された図形は、第２のレンズアレイ５０'の位置を示している。偏光変換光学系６０Ａ'は、第１のレンズアレイ４０'の小レンズの列数に等しい偏光分離膜６４ｂ１'〜６４ｂ４'を備えている。
【００５１】
ここで、図６（Ａ）に示す本発明の第２のレンズアレイ５０と偏光変換光学系６０とは、上述したように、通常、密接して配置されるので、第２のレンズアレイ５０の射出面は、偏光変換光学系６０の入射面にほぼ等しいと言える。従って、偏光変換光学系６０の偏光分離膜６４ｂのｘ軸方向の幅に対する各集光像のｘ軸方向の幅が、偏光変換光学系６０への各部分光線束の光の入射効率と考えることができる。図６（Ｂ）においても同様である。
【００５２】
従来例で説明したように、偏光変換光学系の大きさは照明光学系の後段に配置される光学要素、例えば、投写型表示装置において使用される投写光学系（投写レンズ）によって決定される。ここでは、偏光変換光学系における光の利用効率を比較するため、偏光変換光学系６０Ａ'のｘ軸方向の幅Ｗｘａと、偏光変換光学系６０Ａのｘ軸方向の幅Ｗｘとがほぼ等しいとする。また、第１のレンズアレイ４０'は、構成する小レンズが同心レンズであることを除いて、第１のレンズアレイ４０と同じである。従って、第１のレンズアレイ４０'によって形成される各集光像と第１のレンズアレイ４０によって形成される各集光像もほぼ同じである。このとき、図６（Ａ）および図６（Ｂ）を比較すればわかるように、偏光変換光学系６０Ａ'は４列の偏光分離膜６４ｂ１'〜６４ｂ４'を備えているのに対して、偏光変換光学系６０Ａは３列の偏光分離膜６４ｂ１〜６４ｂ３を備えている。従って、偏光変換光学系６０Ａの偏光分離膜６４ｂ１〜６４ｂ３のｘ軸方向の幅Ｗｐは、偏光変換光学系６０Ａ'の偏光分離膜６４ｂ１'〜６４ｂ４'のｘ軸方向の幅Ｗｐａよりも大きくすることができる。この結果、偏光変換光学系６０Ａの各偏光分離膜６４ｂ１〜６４ｂ３に入射可能な各部分光線束のｘ軸方向の幅は、偏光変換光学系６０Ａ'の偏光分離膜６４ｂ１'〜６４ｂ４'に入射可能なｘ軸方向の幅よりも大きくすることができる。
【００５３】
図６（Ａ）における偏光分離膜６４ｂ１〜６４ｂ３のｘ軸方向の幅Ｗｐは、図６（Ｂ）における偏光分離膜６４ｂ１'〜６４ｂ４'のｘ軸方向の幅Ｗｐａよりも大きいので、集光像の大きさが同じならば、図６（Ａ）の偏光変換光学系６０Ａの方がより多くの光を偏光分離することができる。従って、図６（Ａ）の偏光変換光学系６０Ａの方がよりたくさんの光を偏光変換して射出することができる。
【００５４】
以上のことから、本発明の照明光学系１００においては、偏光変換光学系６０に入射する光の入射効率を、偏光変換光学系の大きさがほぼ等しい従来の照明光学系に比べて向上させることができる。これにより、偏光変換光学系の光の利用効率を向上させることができる。
【００５５】
なお、第１のレンズアレイ４０と第２のレンズアレイ５０と第２の偏光変換光学系６０Ｂとの配置関係は、第１のレンズアレイ４０と第２のレンズアレイ５０と第１の偏光変換光学系６０Ａとの配置関係とシステム光軸１００ａｘを対称軸として対象である。
【００５６】
図１の光源２０から射出された略平行な光は、第１のレンズアレイ４０によって複数の部分光線束に分割されるとともに集光されて、第２のレンズアレイ５０および偏光変換光学系６０の近傍でそれぞれ集光像を形成する。なお、図１は、説明を容易にするため、各部分光線束の中心軸を実線または破線で示している。第２のレンズアレイ５０の近傍で形成された集光像から射出された複数の部分光線束は、偏光変換光学系６０においてほとんど１種類の直線偏光光に変換される。偏光変換光学系６０から射出された複数の部分光線束は、重畳光学系７０に入射し、重畳光学系７０の重畳作用によって、照明領域ＬＡの有効照明領域ＥＬＡ上でほぼ重畳される。この結果、有効照明領域ＥＬＡは、ほとんど１種類の直線偏光光でほぼ均一に照明されることになる。
【００５７】
なお、第２のレンズアレイ５０と、偏光変換光学系６０と、重畳光学系７０とは、離間して配置されている。しかしながら、通常は、それぞれの界面における光の損失を低減するために、それぞれを接着剤で貼り合わせるなどして、密接して配置されることが好ましい。また、重畳光学系７０は、省略することも可能である。
【００５８】
以上説明したように、本実施例の照明光学系１００は、照明領域ＬＡの有効照明領域ＥＬＡをほぼ均一に照明することができる。また、本発明の照明光学系１００は、従来の照明光学系に比べて光の利用効率を向上させることができる。
【００５９】
なお、図１において、第１のレンズアレイ４０は、偏心レンズである複数の第１の小レンズ４２によって構成されているが、これに限定される必要はない。例えば、次のような変形が可能である。
【００６０】
図７は、第１のレンズアレイ４０の変形例を示す説明図である。図７（Ａ）は、第１のレンズアレイ４０を、２つの部分レンズアレイ４０Ａ，４０Ｂに置き換えた例を示している。第１の部分レンズアレイ４０Ａは、同心レンズである複数の第１の部分小レンズ４２Ａによって構成されている。この第１の部分レンズアレイ４０Ａは、入射する光を複数の部分光線束に分割するとともに、集光する機能を有している。第２の部分レンズアレイ４０Ｂは、複数のプリズム４２Ｂ（４２Ｂ１〜４２Ｂ４，４２Ｂ１'〜４２Ｂ４'）を備えている。複数のプリズム４２Ｂは、それぞれの斜面が異なった傾斜を有している。これにより、第２の部分レンズアレイ４０Ｂは、第１の部分レンズアレイ４０Ａから射出される各部分光線束の進行方向をそれぞれの位置に応じて偏向させる機能を有している。以上により、第１の部分レンズアレイ４０Ａおよび第２の部分レンズアレイ４０Ｂは、第１のレンズアレイ４０と同じ機能を有することができる。なお、第１の部分レンズアレイ４０Ａおよび第２の部分レンズアレイ４０Ｂは、接着剤で貼り合わせるようにしてもよい。また、図７（Ｃ）に示すレンズアレイ４０Ｅのように、第１の部分レンズアレイ４０Ａおよび第２の部分レンズアレイ４０Ｂを一体形成するようにしてもよい。
【００６１】
図７（Ｂ）は、第１のレンズアレイ４０を、２つの部分レンズアレイ４０Ｃ，４０Ｄに置き換えた例を示している。第１の部分レンズアレイ４０Ｃは、同心レンズである複数の第１の部分小レンズ４２Ｃによって構成されている。この第１の部分レンズアレイ４０Ａは、入射する光を複数の部分光線束に分割するとともに、集光する機能を有している。但し、各第１の部分小レンズ４２Ｃの焦点距離は、図７（Ａ）の各第１の部分小レンズ４２Ａよりも長い。第２の部分レンズアレイ４０Ｂは、複数の第２の部分小レンズ４２Ｄ（４２Ｄ１〜４２Ｄ４，４２Ｄ１'〜４２Ｄ４'）を備えている。複数の第２の部分小レンズ４２Ｄは、光軸の位置がそれぞれの配置位置に応じて異なる偏心レンズである。これにより、第２の部分レンズアレイ４０Ｂは、第１の部分レンズアレイ４０Ａから射出される各部分光線束の進行方向をそれぞれの位置に応じて偏向させるとともに、集光する機能を有している。第１の部分小レンズ４２Ｃと対応する第２の部分小レンズ４２Ｄを併せた総合的な焦点距離は、図７（Ａ）の第１の部分小レンズ４２Ａとほぼ同じとなるように設定されている。以上により、第１の部分レンズアレイ４０Ｃおよび第２の部分レンズアレイ４０Ｄは、第１のレンズアレイ４０と同じ機能を有することができる。なお、第１の部分レンズアレイ４０Ｃおよび第２の部分レンズアレイ４０Ｄは、接着剤で貼り合わせるようにしてもよい。また、図７（Ｄ）に示すレンズアレイ４０Ｆのように、第１の部分レンズアレイ４０Ｃおよび第２の部分レンズアレイ４０Ｄを一体形成するようにしてもよい。
【００６２】
また、第１のレンズアレイ４０のレンズの向きは、図１に示す向きに限定される必要はなく、射出面側に凸面を有するように配置してもよい。第２のレンズアレイ５０も図１に示す向きに限定される必要はなく、射出面側に凸面を有するように配置してもよい。また、重畳光学系７０も、図１に示す向きに限定される必要はなく、入射面側に凸面を有するように配置してもよい。
【００６３】
なお、上記偏光変換光学系６０は、２つの偏光変換光学系６０Ａ，６０Ｂを備えた例を示しているが、１つの偏光変換光学系を備えるようにすることも可能である。
【００６４】
Ｂ．投写型表示装置：
図８は、本発明の照明光学系を用いた投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。この投写型表示装置１０００は、本発明の照明光学系１００を用いている。
【００６５】
投写型表示装置１０００は、照明光学系１００と、色光分離光学系２００と、リレー光学系２２０と、３つの液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム３２０と、投写光学系３４０とを備えている。投写型表示装置１０００は、照明光学系１００から射出された光を、色光分離光学系２００で赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離し、分離された各色光を液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂを通して画像情報に対応させて変調し、変調された各色光をクロスダイクロイックプリズム３２０で合成して、投写光学系３４０を介してスクリーンＳＣ上に画像を表示するものである。
【００６６】
照明光学系１００は、上述したように、偏光方向の揃えられた直線偏光光（上述の例では、ｓ偏光光）の照明光を射出し、照明領域８０である液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂを照明する。液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂは、それぞれ、電気光学装置である液晶パネルと、その光入出射面側に配置された偏光板とによって構成されている。液晶パネルの光の入射面に配置されている偏光板は、照明光の偏光度をさらに高めるためのものであり、照明光学系１００から射出される直線偏光光の偏光方向が、これらの偏光板の透過軸方向となるように配置されている。このようにすれば、照明光学系１００から射出された照明光に含まれる直線偏光光の純度（偏光度）をより高めることができる。なお、照明光学系１００から射出される照明光の偏光度が著しく高い場合には、この光入射面側に配置される偏光板を省略することもできる。
【００６７】
色光分離光学系２００は、２枚のダイクロイックミラー２０２，２０４と、反射ミラー２０８とを備えており、照明光学系１００から射出される光線束を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有する。第１のダイクロイックミラー２０２は、照明光学系１００から射出された光の赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１のダイクロイックミラー２０２を透過した赤色光Ｒは、反射ミラー２０８で反射されて、クロスダイクロイックプリズム３２０へ向けて射出される。色光分離光学系２００から射出された赤色光Ｒは、フィールドレンズ２３２を通って赤色光用の液晶ライトバルブ３００Ｒに達する。このフィールドレンズ２３２は、照明光学系１００から射出された各部分光線束をその中心軸に対して平行な光線束に変換する。他の液晶ライトバルブの前に設けられたフィールドレンズ２３４，２３０も同様である。
【００６８】
第１のダイクロイックミラー２０２で反射された青色光Ｂと緑色光Ｇのうちで、緑色光Ｇは第２のダイクロイックミラー２０４によって反射されて、色光分離光学系２００からクロスダイクロイックプリズム３２０へ向けて射出される。色光分離光学系２００から射出された緑色光Ｇは、フィールドレンズ２３４を通って緑色光用の液晶ライトバルブ３００Ｇに達する。一方、第２のダイクロイックミラー２０４を透過した青色光Ｂは、色光分離光学系２００から射出されて、リレー光学系２２０に入射する。リレー光学系２２０に入射した青色光Ｂは、リレー光学系２２０に備えられる入射側レンズ２２２、リレーレンズ２２６および反射ミラー２２４，２２８および射出側レンズ（フィールドレンズ）２３０を通って青色光用の液晶ライトバルブ３００Ｂに達する。ここで、青色光Ｂにリレー光学系が用いられているのは、青色光Ｂの光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ２２２に入射した青色光をそのまま、射出側レンズ２３０に伝えるためである。なお、照明光学系１００の重畳光学系７０から、液晶ライトバルブ３００Ｒ、液晶ライトバルブ３００Ｇ、入射側レンズ２２２までの距離は、ほぼ等しくなるように設定されている。
【００６９】
３つの液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂは、与えられた画像情報（画像信号）に従って、３色の色光をそれぞれ変調して画像を形成する光変調手段としての機能を有する。クロスダイクロイックプリズム３２０は、液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂを通って変調された３色の色光を合成してカラー画像を形成する色光合成光学系としての機能を有する。なお、クロスダイクロイックプリズム３２０には、赤色光を反射する誘電体多層膜が形成された赤色光反射ダイクロイック面３２１と、青色光を反射する誘電体多層膜が形成された青色光反射ダイクロイック面３２２とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの赤色光反射ダイクロイック面３２１と青色光反射ダイクロイック面３２２によって３つの色光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム３２０で生成された合成光は、投写光学系３４０の方向に射出される。投写光学系３４０は、クロスダイクロイックプリズム３２０から射出された合成光を投写して、スクリーンＳＣ上にカラー画像を表示する。なお、投写光学系３４０としてはテレセントリックレンズを用いることができる。
【００７０】
この投写型表示装置１０００は、偏光変換効率の高い照明光学系１００を用いることによって、光の利用効率を向上させることができる。これにより明るい画像を表示させることができる。
【００７１】
なお、本発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
【００７２】
（１）上記照明光学系１００においては、第１のレンズアレイ４０で分割された複数の部分光線束像のうち、左端の２列および右端の２列によって形成される集光像をそれぞれ１列に配列するようにしている。しかし、これに限定されるものではない。例えば、３列以上の複数の列の部分光線束によって形成される集光像を１列に配列するようにしてもよい。また、左右両端の２列をそれぞれ１列にまとめる必要はなく、いずれか、一方のみを１列にまとめてもよい。また、最端の２列である必要もない。さらに、３列を２列にまとめるようにしてもよい。すなわち、一般には、第１のレンズアレイ内の複数の小レンズ列で形成された複数列の部分光線束を、より少ない列にまとめて第２のレンズアレイに入射させるようにすればよい。
【００７３】
（２）上記投写型表示装置１０００においては、本発明の照明光学系１００を、３つの液晶パネル（液晶ライトバルブ）を用いてカラー画像を投写する投写型表示装置に適用した場合を説明しているが、これに限定される必要はない。本発明の照明光学系は、種々の装置における照明光学系として利用可能である。例えば、１枚の液晶パネルを用いてモノクロ画像やカラー画像を投写する投写型表示装置にも適用可能である。また、投写型表示装置以外の表示装置にも適用可能である。
【００７４】
（３）上記投写型表示装置１０００は、透過型の投写型表示装置に本発明の照明光学系を適用した場合を例に説明しているが、本発明の照明光学系は、反射型の投写型表示装置にも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、電気光学装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、電気光学装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型の電気光学装置としては、例えば、反射型の液晶パネルがある。反射型の投写型表示装置では、クロスダイクロイックプリズムは、光を赤、緑、青の３色の光に分離する色光分離手段として利用できると共に、変調された３色の光を再度合成して同一の方向に射出する色光合成手段としても利用できる。反射型の投写型表示装置にこの発明を適用した場合にも、透過型の投写型表示装置とほぼ同様な効果を得ることができる。
【００７５】
（４）また、上記投写型表示装置１０００は、電気光学装置として液晶パネルを用いた例を示しているが、これに限定されるものではなく、特定の直線偏光光を照明光として利用する全てのタイプの電気光学装置を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の照明光学系の要部を平面的に見た概略構成図である。
【図２】第１のレンズアレイ４０を示す説明図である。
【図３】第２のレンズアレイ５０を示す説明図である。
【図４】第１の偏光変換光学系６０Ａの構成を示す説明図である。
【図５】第１のレンズアレイ４０と第２のレンズアレイ５０と第１の偏光変換光学系６０Ａとの配置関係を示す説明図である。
【図６】第１のレンズアレイ４０によって偏光分離膜６４ｂの近傍に形成される集光像を示す説明図である。
【図７】第１のレンズアレイ４０の変形例を示す説明図である。
【図８】本発明の照明光学系を用いた投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。
【図９】従来の照明光学系の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００７７】
２０...光源
２２...光源ランプ
２４...凹面鏡
３０...光学要素
３０...分割光学系
４０...第１のレンズアレイ
４０Ａ...第１の部分レンズアレイ
４０Ｂ...第２の部分レンズアレイ
４０Ｃ...第１の部分レンズアレイ
４０Ｄ...第２の部分レンズアレイ
４０Ｅ...レンズアレイ
４０Ｆ...レンズアレイ
４２...第１の小レンズ
４２Ａ...第１の部分小レンズ
４２Ｂ...プリズム
４２Ｃ...第１の部分小レンズ
４２Ｄ...第２の部分小レンズ
４２ａ〜４２ｅ...第１の小レンズ（偏心レンズ）
４２ａ'〜４２ｅ'...第１の小レンズ（偏心レンズ）
５０...第２のレンズアレイ
５２...第２の小レンズ
５２ａ〜５２ｄ...第２の小レンズ
５２ａ'〜５２ｄ'...第２の小レンズ
６０...偏光変換光学系
６０Ａ...第１の偏光変換光学系
６０Ａ'...第１の偏光変換光学系
６０Ｂ...第２の偏光変換光学系
６２...遮光板
６２ａ...遮光面
６２ｂ...開口面
６４...偏光ビームスプリッタアレイ
６４ａ...透光性板材
６４ｂ...偏光分離膜
６４ｂ'...偏光分離膜
６４ｂ１〜６４ｂ３...偏光分離膜
６４ｂ１'〜６４ｂ４'...偏光分離膜
６４ｃ...反射膜
６６...選択位相差板
６６ａ...λ／２位相差層
６６ｂ...開口層
７０...重畳光学系（重畳レンズ）
８０...照明領域
１００...照明光学系
１０００...投写型表示装置
２００...色光分離光学系
２０２...第１のダイクロイックミラー
２０４...第２のダイクロイックミラー
２０８...反射ミラー
２２０...リレー光学系
２２２...入射側レンズ
２２４，２２８...反射ミラー
２２６...リレーレンズ
２３０...フィールドレンズ（射出側レンズ）
２３２，２３４...フィールドレンズ
３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ...液晶ライトバルブ
３２０...クロスダイクロイックプリズム
３２１...赤色光反射ダイクロイック面
３２２...青色光反射ダイクロイック面
３４０...投写光学系
４１２０...光源
４１３０...第１のレンズアレイ
４１３２...小レンズ
４１４０...第２のレンズアレイ
４１４２...小レンズ
４１５０...偏光変換光学系
４１５２...偏光分離膜
４１５４...反射膜
４１６０...重畳レンズ
４１８０...照明領域
ＥＬＡ...有効照明領域
ＬＡ...照明領域
ＳＣ...スクリーン
【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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