(57)【要約】    【課題】  画像形成素子の照明エリア内の明るさの均一性を確保しつつ、光学系をコンパクト化する。    【解決手段】  光源１からの光束を複数に分割する光束分割手段３ａ，３ｂと、該光束分割手段からの光束を色分解して複数の画像形成素子に導く色分解光学系と、該複数の画像形成素子からの光束を合成して投射光学系に導く色合成光学系とを有する。色分解光学系は、ダイクロイックミラー６と該ダイクロイックミラーからの光束が入射する偏光分離素子１０ａ，１０ｂとを含み、かつ光束分割手段と偏光分離素子との間に集光光学系５が設けられている。集光光学系は、光束分割手段とダイクロイックミラーとの間に配置された第１および第２のレンズ５ａ，５ｂと、ダイクロイックミラーと偏光分離素子との間に配置された第３のレンズ５ｃ（５ｃ’）とを含む。    【選択図】  図１
2005165137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を複数に分割する光束分割手段と、
該光束分割手段からの光束を色分解して複数の画像形成素子に導く色分解光学系とを有し、
前記色分解光学系は、ダイクロイックミラーと該ダイクロイックミラーからの光束が入射する偏光分離素子とを含み、かつ前記光束分割手段と前記偏光分離素子との間に集光光学系が設けられており、
該集光光学系は、前記光束分割手段と前記ダイクロイックミラーとの間に、前記光源側から順に配置された第１および第２のレンズと、前記ダイクロイックミラーと前記偏光分離素子との間に配置された第３のレンズとを含むことを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記画像形成素子が、反射型画像形成素子であることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項３】
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。
−２．５＜ｆ２／ｆｃ＜−１
但し、ｆｃは前記集光光学系の全系の焦点距離であり、ｆ２は前記第２のレンズの焦点距離である。
【請求項４】
前記光源からの光束の射出方向と、前記ダイクロイックミラーへの光束の入射方向とが略同一方向であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の照明光学系。
【請求項５】
複数の画像形成素子と、
前記光源からの光で前記複数の画像形成素子を照明する請求項１から４のいずれか１つに記載の照明光学系とを有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
複数の画像形成素子と、
前記光源からの光で前記複数の画像形成素子を照明する請求項１から４のいずれか１つに記載の照明光学系と、
前記複数の画像形成素子からの光を合成する色合成光学系と、
該色合成光学系により合成した光束を被投射面に投射する投射光学系とを有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
前記色合成光学系は、少なくとも２つの偏光分離素子を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の表示光学系。
【請求項８】
ダイクロイックミラーと偏光分離素子とを含み、光源からの光束を色分解して複数の画像形成素子に導く色分解光学系とを有する照明光学系であって、
前記ダイクロイックミラーと前記偏光分離素子との間に、屈折力を有する第１の光学系を有することを特徴とする照明光学系。
【請求項９】
前記光源と前記ダイクロイックミラーとの間に、前記光源からの光束を複数に分割する光束分割手段を有し、
該光束分割手段と前記ダイクロイックミラーとの間に、屈折力を有する第２の光学系を有することを特徴とする請求項８に記載の照明光学系。
【請求項１０】
前記第１の光学系と前記第２の光学系とを含む光学系を集光光学系とし、
前記第２の光学系が、前記光源側から順に第１および第２のレンズとを有するとき、
−２．５＜ｆ２／ｆｃ＜−１
なる条件を満足することを特徴とする請求項９に記載の照明光学系。
但し、ｆｃは前記集光光学系の全系の焦点距離であり、ｆ２は前記第２のレンズの焦点距離である。
【請求項１１】
複数の画像形成素子と、
前記光源からの光で前記複数の画像形成素子を照明する請求項８から１０のいずれか１つに記載の照明光学系とを有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１２】
複数の画像形成素子と、
前記光源からの光で前記複数の画像形成素子を照明する請求項８から１０のいずれか１つに記載の照明光学系と、
前記複数の画像形成素子からの光を合成する色合成光学系と、
該色合成光学系により合成した光束を被投影面に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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタ等の画像表示装置に用いられる光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置としては、反射型液晶表示素子（画像形成素子）と偏光ビームスプリッタとを用いたものが特許文献１や特許文献２において提案されている。
【０００３】
特許文献１にて提案の画像表示装置では、４つの偏光ビームスプリッタが用いられており、特許文献２にて提案のものでは、３つの偏光ビームスプリッタとダイクロミラーとが用いられている。
【０００４】
図７には、特許文献２にて提案の画像表示装置の光学構成を示す。この装置は、光源１０１およびリフレクタ１０２から射出した光束が、第１および第２のフライアイレンズ１０３ａ，１０３ｂと偏光変換素子１０４とを介してコンデンサーレンズ１０９に入射し、集光作用を受けた後、ミラー１０６，１０７を介してフィールドレンズ１０８に入射する。フィールドレンズ１０８からの射出光束は、ダイクロイックミラー１０９で緑色光成分と赤色および青色光成分とに分離される。赤色および青色光成分は、第１の色選択性位相差板１１２を介して第１の偏光ビームスプリッタ１１０ＲＢによって赤色光成分と青色光成分とに分離され、それぞれ反射型液晶表示素子１１５Ｂ，１１５Ｒに導かれる。
【０００５】
一方、緑色光成分は、第２の色選択性位相差板１１３を介して第２の偏光ビームスプリッタ１１０Ｇに入射し、ここから反射型液晶表示素子１１５Ｇに導かれる。その後、液晶表示素子１１５Ｂ，１１５Ｒ，１１５Ｇで変調された３つの色光成分は合成されて投射レンズ１１６から不図示のスクリーンに投射され、カラー画像を表示する。
【０００６】
ここで、色選択性位相差板とは、可視光の波長領域において所定の波長領域の光の偏光方向を９０度変換し、その他の波長の光の偏光方向は変化させない作用を有するものである。
【特許文献１】米国特許６，１８３，０９１（ＦＩＧ．１等）
【特許文献２】特開２００１−１５４１５２号公報（段落００４２〜００４９、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、偏光ビームスプリッタは入射角度が４５度で入射する光に対して図８（ａ）に示すような理想的な偏光分離性能を示したとしても、４５度からずれた角度で入射する光に対しては、図８（ｂ）に示すような不完全な分離特性となってしまう。これは、偏光ビームスプリッタに形成されている光学薄膜において、薄膜の屈折率をｎ、薄膜の厚さをｄ、光の入射角度をθとしたとき、光学薄膜は光学性能に対してｎｄｃｏｓθで作用するために、入射角度θにより偏光分離特性が変化してしまうためである。
【０００８】
このため、投射画像に明るさのむらや色むらを発生させないためには、反射型液晶表示素子に至る照明光束は、反射型液晶表示素子上でそれぞれ平行な（テレセントリックな）状態になっていなければならない。
【０００９】
しかしながら、図７に示した光学系のように、第１および第２のフライアイレンズ１０３ａ，１０３ｂ，コンデンサーレンズ１０５およびフィールドレンズ１０８により、均一な光量分布を持つ照明エリアを反射型液晶表示素子上に形成する場合において、コンデンサーレンズ１０５およびフィールドレンズ１０８を合成した系の焦点位置に反射型液晶表示素子を配置したときの該照明エリアの大きさは、倍率βで第１のフライアイレンズ１０３ａのそれぞれのレンズの大きさが拡大された大きさになる。
【００１０】
ここで、
倍率β＝ｆｃ／ｆｆ２
であり、ｆｃはコンデンサーレンズ１０９とフィールドレンズ１１０の合成系の焦点距離、ｆｆ２は第２のフライアイレンズ１０３ａの焦点距離である。
【００１１】
さらに、フィールドレンズ１０８から反射型液晶表示素子においてテレセントリックな状態にするためには、反射型液晶表示素子側から求めたコンデンサーレンズ１０５とフィールドレンズ１０８の合成系の焦点位置を、第１のフライアイレンズ１０３ａの集光点近傍に設定しなければならない。
【００１２】
ここで、第１のフライアイレンズ１０３ａの集光点を、第２のフライアイレンズ１０３ｂの近傍に設けることにより照明光の利用効率を高くすることができる。したがって、コンデンサーレンズ１０５は、該コンデンサーレンズ１０５とフィールドレンズ１０８の合成系の焦点近傍に位置することとなり、コンデンサーレンズ１０５とフィールドレンズ１０８の合成系の焦点距離ｆｃ、フィールドレンズ１１０の焦点距離ｆｆとの間には、
ｆｆ≒ｆｃ
の関係が成り立つこととなる。
【００１３】
このため、コンデンサーレンズ１０５とフィールドレンズ１０８との間に、フィールドレンズ１０８の焦点距離ｆｆ相当の間隔をあける必要が生じ、これにより光源から色分解系に至る光学系が大型化するという問題がある。
【００１４】
本発明は、画像形成素子の照明エリア内の明るさの均一性を確保しつつ、光源から色分解系（特に、偏光分離素子）を含む照明光学系をコンパクト化することを目的とし、さらにこれにより画像表示装置全体の小型化を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明は、光源からの光束を複数に分割する光束分割手段と、該光束分割手段からの光束を色分解して複数の画像形成素子に導く色分解光学系とを有する照明光学系に関する。色分解光学系は、ダイクロイックミラーと該ダイクロイックミラーからの光束が入射する偏光分離素子とを含み、かつ光束分割手段と偏光分離素子との間に集光光学系が設けられている。該集光光学系は、光束分割手段とダイクロイックミラーとの間に、光源側から順に配置された第１および第２のレンズと、ダイクロイックミラーと偏光分離素子との間に配置された第３のレンズとを含む。
【００１６】
具体的には、以下の条件を満足するとよい。
【００１７】
−２．５＜ｆ２／ｆｃ＜−１…（１）
但し、ｆｃは前記集光光学系の全系の焦点距離であり、ｆ２は前記第２のレンズの焦点距離である。
【００１８】
また、本発明は、ダイクロイックミラーと偏光分離素子とを含み、光源からの光束を色分解して複数の画像形成素子に導く色分解光学系とを有する照明光学系に関する。そして、ダイクロイックミラーと偏光分離素子との間に、屈折力を有する第１の光学系を設ける。
なお、光源とダイクロイックミラーとの間に、光源からの光束を複数に分割する光束分割手段を設け、該光束分割手段とダイクロイックミラーとの間に、屈折力を有する第２の光学系を設けてもよい。
ここで、上記第１の光学系および第２の光学系は、少なくとも１つの屈折光学素子を有しており、２つ以上のレンズを有していても構わない。また、「屈折力を有する」とは、屈折力が０ではないという意味である。
そして、第１の光学系と第２の光学系とを含む光学系を集光光学系とし、第２の光学系が、光源側から順に第１および第２のレンズとを有するとき、上記（１）式を満足するとよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、 上記のようなレンズ配置の集光光学系を光源から色分解系の偏光分離素子の間に設けることにより、画像形成素子の照明エリア内の明るさの均一性を十分に確保しつつ、光源から色分解系（特に、偏光分離素子）を含む照明光学系をコンパクト化することができる。したがって、該照明光学系を搭載した画像表示装置の小型化を図ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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】
【００２１】
図１には、本発明の実施例１である表示光学系の構成を示している。図中、１は連続スペクトルで白色光を発光する放電ランプであり、２は放電ランプ１からの光を所定方向に集光するリフレクタである。これら放電ランプ１とリフレクタ２により光源ユニットが構成される。
【００２２】
３ａは複数の矩形レンズをマトリックス状に配置した第１のフライアイレンズであり、３ｂは第１のフライアイレンズ３ａの個々のレンズに対応した複数のレンズを有する第２のフライアイレンズである。これらフライアイレンズ３ａ，３ｂは、請求の範囲にいう光束分割手段を構成する。４は第２のフライアイレンズ３ａからの無偏光光を所定の偏光方向を有する偏光光に揃える偏光変換素子である。
【００２３】
５ａ，５ｂはそれぞれ、フライアイレンズ３ａ，３ｂと後述するダイクロイックミラー６との間に、光源側から順に配置された第１のコンデンサーレンズ（第１のレンズ）および第２のコンデンサーレンズ（第２のレンズ）であり、請求の範囲にいう第２の光学系を構成する。
【００２４】
また、５ｃ，５ｃ’はそれぞれ、ダイクロイックミラー６と後述する第１および第２の偏光ビームスプリッタ１０ａ，１０ｂとの間に配置されたフィールドレンズ（第３のレンズ）であり、請求の範囲にいう第１の光学系を構成する。
【００２５】
ここで、第１のコンデンサーレンズ５ａは正の屈折力を、第２のコンデンサーレンズ５ｂは負の屈折力を有する。また、フィールドレンズ５ｃ，５ｃ’は正の屈折力を有する。屈折力を有するとは、屈折力が０ではないという意味である。
【００２６】
また、本実施例では、上記第２の光学系を２つのレンズで構成し、第１の光学系を１つのレンズで構成しているが、各光学系を構成するレンズの数はこれらに限られず、１つでも２つや３つ以上であってもよい。
【００２７】
ダイクロイックミラー６は、青（Ｂ）と緑（Ｇ）の波長領域の光を透過し、赤（Ｒ）の波長領域の光を反射する。７はＧとＲの中間の波長領域の光を一部カットするカラーフィルタである。
【００２８】
８ａ，８ｂはそれぞれ、Ｇ光の偏光方向を９０度変換し、Ｂ光の偏光方向は変換しない第１の色選択性位相差板および第２の色選択性位相差板である。９は１／２波長板である。１４は所定の偏光方向を有する偏光光は透過させず、該偏光方向と直交する偏光方向の偏光光を透過させる偏光板である。
【００２９】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃはそれぞれ、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第１の偏光ビームスプリッタ、第２の偏光ビームスプリッタおよび第３の偏光ビームスプリッタである。１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは原画を形成し、入射した光束を反射するとともに画像変調して射出する赤用の反射型液晶表示素子（画像形成素子）、緑用の反射型液晶表示素子および青用の反射型液晶表示素子である。１２ｒ，１２ｇ，１２ｂは赤用の１／４波長板、緑用の１／４波長板、青用の１／４波長板である。１３は投射レンズである。
【００３０】
なお、第１のコンデンサーレンズ５ａ，第２のコンデンサーレンズ５ｂおよびフィールドレンズ５ｃ，５ｃ’により集光光学系５が構成されている。また、ダイクロイックミラー６と、第１および第２の偏光ビームスプリッタ１０ａ，１０ｂにより色分解光学系が、第１〜第３の偏光ビームスプリッタ１０ａ〜１０ｃにより色合成光学系がそれぞれ構成されている。また、本実施例では、光源１から第１および第２の偏光ビームスプリッタ１０ａ，１０ｂまでの光学系を照明光学系とも称する。
【００３１】
次に、本実施例における光学的な作用を説明する。放電ランプ１から発した光は、リフレクタ２により所定の方向に集光される。ここで、リフレクタ２は放物面形状をなしており、放物面の焦点位置からの光は放物面の対称軸に平行な光束となる。ただし、光源１は理想的な点光源ではなく有限の大きさを有しているので、集光する光束には放物面の対称軸Ｏに平行でない光の成分も多く含まれている。
【００３２】
この集光光束は、第１のフライアイレンズ３ａに入射する。第１のフライアイレンズ３ａは、外形が矩形である正の屈折力を有する複数のレンズをマトリックス状に組み合わせて構成されており、入射した光束をそれぞれのレンズに応じた複数の光束に分割し、集光させる。これら分割された複数の光束は、第２のフライアイレンズ３ｂを経て、マトリックス状に複数の光源像を偏光変換素子４の近傍に形成する。
【００３３】
偏光変換素子４は、不図示の偏光分離面と反射面と１／２波長板とにより構成されている。偏光変換素子４の近傍でマトリックス状に集光した複数の光束は、その列に対応した偏光分離面に入射し、これを透過するＰ偏光成分の光束と反射するＳ偏光成分の光束とに分割される。さらに、偏光分離面で反射したＳ偏光成分の光束は、反射面で反射し、Ｐ偏光成分と同じ方向に出射する。一方、偏光分離面を透過したＰ偏光成分の光束は、１／２波長板を透過してＳ偏光光と同じ偏光光に変換され、偏光方向（図中の・はＳ偏光を示す）が揃った光束として射出する。偏光変換素子４で偏光変換された複数の光束は、発散光束として集光光学系５に至る。
【００３４】
ダイクロイックミラー６には、リフレクタ２から光束の射出方向と同じ方向から光束が入射する。このダイクロイックミラー６は、図２に実線で示すような特性を有している。すなわち、ＢとＧの光（４３０〜５７０ｎｍ）は透過し、Ｒの光（５８０〜６５０ｎｍ）は反射する。ここで、ＲのＳ偏光成分の透過率は、Ｒの波長範囲の中心波長である６１０ｎｍにおいて１％以下に設定されており、これにより他の２つの色光の色純度が低下するのを防いでいる。
【００３５】
図１において、偏光変換素子４から射出したＳ偏光光（・）は、ダイクロイックミラー６に対してもＳ偏光光（・）として入射する。
【００３６】
ここで、本実施例においては、ダイクロイックミラー６は第２のコンデンサーレンズ５ｂとフィールドレンズ５ｃ（５ｃ’）との間に設けられているので、ダイクロイックミラー６に作用する光束はテレセントリックになっていない。このためダイクロイックミラー６は、図中のＡからＢの方向に膜厚が徐々に厚くなる構成とし、入射角度による特性の変化を補正している。
【００３７】
Ｒの光路において、ダイクロイックミラー６で反射した光はフィールドレンズ５ｃ’を透過してカラーフィルタ７に入射する。カラーフィルタ７は、図２に点線で示すような特性を有しており、ＧとＲの中間の波長領域にあたる黄色の色光（５７０〜５９０ｎｍ）を反射するダイクロイックフィルタである。これにより、黄色の光成分が除去される。赤色光に黄色の成分が多いと、赤がオレンジになっていまうので、黄色の光を除去する方が色再現上望ましい。
【００３８】
ここで、本実施例では、カラーフィルタ７をフィールドレンズ５ｃ’とは別に設けているが、フィールドレンズ５ｃ’のレンズ面にカラーフィルタを設けてもよい。
【００３９】
こうして色調整された赤色光は、第１の偏光ビームスプリッタ１０ａに対してＳ偏光（・）として入射し、その偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶表示素子１１ｒへと至る。
【００４０】
Ｒ用の反射型液晶表示素子１１ｒにおいて画像変調されて反射されたＲ光のうちＳ偏光成分（・）は、再び偏光分離面で反射して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、Ｒ反射光のＰ偏光成分（｜）は、偏光分離面を透過して投射光となる。
【００４１】
第１の偏光ビームスプリッタ１０ａを透過した赤色光は、１／２波長板９によりその偏光方向が９０度回転させられ、第３の偏光ビームスプリッタ１０ｃに対してＳ偏光光（・）として入射する。そして、この光は、第３の偏光ビームスプリッタ１０ｃの偏光分離面で反射されて、投射レンズ１３へと至る。
【００４２】
ダイクロイックミラー６を透過したＧとＢの光は、フィールドレンズ５ｃを透過し、偏光板１４に入射する。偏光板１４はダイクロイックミラー６に対してＳ偏光である偏光成分を透過させ、Ｐ偏光である偏光成分を反射する特性を有する。偏光板１４により偏光成分をより揃えた光（・）は、第１の色選択性位相差板８ａに入射する。第１の色選択性位相差板８ａは、Ｇ光の偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＧ光はＰ偏光（｜）として、Ｂ光はＳ偏光（・）としてそれぞれ第２の偏光ビームスプリッタ１０ｂに入射する。
【００４３】
Ｂ光は、第２の偏光ビームスプリッタ１０ｂの偏光分離面で反射されてＢ用の反射型液晶表示素子１１ｂにて画像変調されて反射される。このＢの反射光のＳ偏光成分（・）は再び偏光分離面で反射して、光源側に戻され、投射光から除去される。一方、Ｂの反射光のＰ偏光成分（｜）は、偏光分離面を透過して投射光となる。
【００４４】
同様に、Ｇ光は、第２の偏光ビームスプリッタ１０ｂの偏光分離面を透過してＧ用の反射型液晶表示素子１１ｇにて画像変調されて反射される。このＧの反射光のＰ偏光成分（｜）は、再び偏光分離面を透過して、光源側に戻され、投射光から除去される。一方、Ｇの反射光のＳ偏光成分（・）は偏光分離面で反射して投射光となる。これによりＢとＧの投射光は１つの光束に合成される。
【００４５】
合成されたＧとＢの投射光は、第２の色選択性位相差板２８ｂに入射する。第２の色選択性位相差板８ｂは、第１の色選択性位相差板８ａと同じものであり、Ｇの偏光方向のみを９０度回させし、Ｇ、Ｂ光ともＰ偏光（・）とした上で第３の偏光ビームスプリッタ１０ｃに入射させる。これらＧ、Ｂ光は、第３の偏光ビームスプリッタ１０ｃの偏光分離面を透過してＲの投射光と合成される。
【００４６】
ここで、第２の偏光ビームスプリッタ１０ｂとＧ用およびＢ用の反射型液晶表示素子１１ｇ，１１ｂの間に設けられた１／４波長板１２ｇ，１２ｂは、遅相軸の方向が回転できるようになっている。これにより、第２の偏光ビームスプリッタ１０ｂと反射型液晶表示素子１１ｇ，１１ｂとで発生する偏光状態の乱れを調整することができる。
【００４７】
また、第３の偏光ビームスプリッタ１０ｃの入射側に設けられた１／２波長板９は、第３の偏光ビームスプリッタ１０ｃにおける非投射光の漏れが最小となるように遅相軸を調整できる構成となっている。
【００４８】
本実施例における各光学素子の空気との境界面には、反射防止コートが施されている。また、Ｇ光のみが透過する面には、最も反射率が低下する波長帯域が５５０ｎｍの近傍になるように設定された反射防止コートが施されている。さらに、Ｒ光のみが透過する面には、最も反射率が低下する波長帯域が６１０ｎｍの近傍に設定された反射防止コートが施されている。また、Ｂ光のみが透過する面には、最も反射率が低下する波長帯域が４５０ｎｍの近傍に設定された反射防止コートが、Ｇ光とＢ光が透過する面には、反射率が低下する波長帯域が４５０ｎｍと５５０ｎｍの間にあるような反射防止コートが施されている。
【００４９】
ここで、各偏光ビームスプリッタは、可視光の波長領域（４３０〜６５０ｎｍ）においてＰ偏光成分とＳ偏光成分を分解する同一の偏光分離膜を用いた偏光ビームプルリッタである。但し、それぞれの光路で使用する波長領域に合わせた膜特性の設定をしてもよい。例えば、Ｒの光路の第１の偏光ビームスプリッタ１０ａには、５８０〜６５０ｎｍにおいてＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分解する偏光分離膜を用い、Ｂ，Ｇの光路の第２の偏光ビームスプリッタ１０ｂには、４３０〜５９５ｎｍにおいてＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分解する偏光分離膜が用いる。また、第３の偏光ビームスプリッタ１０ｃには、４３０〜６５０ｎｍにおいてＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分解する偏光分離膜を用いる。
【００５０】
また、上記実施例においては、
−２．５＜ｆ２／ｆｃ＜−１…（１）
なる条件を満たすことが望ましい。ｆｃは集光光学系５の全系の焦点距離、すなわち第１のコンデンサーレンズ５ａ、第２のコンデンサーレンズ５ｂおよびフィールドレンズ５ｃ（５ｃ’）のそれぞれの焦点距離を合成した焦点距離である。また、ｆ２は第２のコンデンサーレンズ５ｂの焦点距離である。
【００５１】
ｆ２／ｆｃが（１）式の上限値よりも大きくなると、第１のコンデンサーレンズ５ａと第２のコンデンサーレンズ５ｂのそれぞれの焦点距離が大きくなり、反射型液晶表示素子上の照明エリアでの明るさの均一性が低下してしまう。また、ｆ２／ｆｃが（１）式の下限値より小さくなると、集光光学系５の全長が長くなり、コンパクト性が損なわれてしまう。
【００５２】
このため、（１）式を満足するようｆ２／ｆｃの値を設定することにより、反射型液晶表示素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ上の照明エリア内での明るさの均一性を十分に確保しつつ、光源（１，２）から第１および第２の偏光ビームスプリッタ１０ａ，１０ｂに至る光学系（照明光学系）のサイズをコンパクト化することができる。
【００５３】
以下、上記実施例１に具体的数値データを適用した数値実施例を説明する。ここでは、反射型液晶表示素子の画面サイズが０．５”（インチ）であるときの例を示す。
【００５４】
（数値実施例１）
表１には、図３に示した第１および第２のフライアイレンズ３ａ，３ｂのレンズデータを、表２には、図４に示した集光光学系５のレンズデータそれぞれを示す。表１，２において、ｒは曲率半径（ｍｍ）を、ｄは面の間隔（ｍｍ）を、ｎは材質の屈折率を表す。
【００５５】
【表１】
2005165137.tif 000003
【００５６】
面１〜２は第１のフライアイレンズ３ａの面、面３〜４は第２のフライアイレンズ３ｂの面である。
【００５７】
【表２】
2005165137.tif 000004
【００５８】
面１〜２は第１のコンデンサーレンズ５ａの面、面３〜４は第２のコンデンサーレンズ５ｂの面、面５〜６はフィールドレンズ５ｃ（５ｃ’）の面である。
【００５９】
ここで、本数値実施例において、集光光学系５の全系の焦点距離、すなわち第１のコンデンサーレンズ５ａ、第２のコンデンサーレンズ５ｂおよびフィールドレンズ５ｃ（５ｃ’）のそれぞれの焦点距離を合成した焦点距離ｆｃは、
ｆｃ＝８２．４ｍｍ
であり、第２のフライアイレンズ３ｂの焦点距離ｆｆ２は、
ｆｆ２＝２９．５ｍｍ
である。
【００６０】
したがって、
β＝ｆｃ／ｆｆ２＝２．７９３
となる。集光光学系５は、上記倍率βで第１のフライアイレンズ３ａの矩形形状の像を形成する。
【００６１】
０．５”の画面サイズは１０．２×７．６ｍｍであるので、均一に照明される領域を１２．２×９．６ｍｍとする。この場合、第１のフライアイレンズ３ａの個々のレンズは４．３５×３．４４ｍｍの矩形とすればよい。
【００６２】
また、第２のコンデンサーレンズ５ｂの焦点距離ｆ２は、
ｆ２＝−５３．６ｍｍ
である。このため、
β＝ｆ２／ｆｃ＝−１．５４
である。すなわち、（１）式を満たしている。
【００６３】
ここで、第２のコンデンサーレンズ５ｂとフィールドレンズ５ｃ（５ｃ‘）の合成の焦点距離ｆｃ２３は
ｆｃ２３＝８２．４ｍｍ
であるので、
ｆｃ／ｆｃ２３＝１
となり、フィールドレンズ５ｃ（５ｃ’）から反射型液晶表示素子１１ｇ，１１ｂ，１１ｒに至る光路において、該反射型液晶表示素子上に集光する光は、集光光学系５の光軸に対してほぼテレセントリックになる。
【実施例２】
【００６４】
図５には、本発明の実施例２である表示光学系の構成を示している。この図中において、実施例１と同じ構成要素には同じ符号を付しており、それらについての説明は省略する。
【００６５】
２３ａは複数の矩形レンズをマトリックス状に配置した第１のフライアイレンズ、２３ｂは第１のフライアイレンズの個々のレンズに対応した複数のレンズからなる第２のフライアイレンズである。２４は偏光変換素子である。２５ａは第１のコンデンサーレンズ（第１のレンズ）、２５ｂは第２のコンデンサーレンズ（第２のレンズ）、２５ｃ，２５ｃ’はフィールドレンズ（第３のレンズ）である。２５は、これら第１のコンデンサーレンズ２５ａ、第２のコンデンサーレンズ２５ｂおよびフィールドレンズ２５ｃ，２５ｃ’を含む集光光学系である。第１のコンデンサーレンズ２５ａは正の屈折力を、第２のコンデンサーレンズ２５ｂは負の屈折力を有する。また、フィールドレンズ２５ｃ，２５ｃ’は正の屈折力を有する。
【００６６】
本実施例は、実施例１と同様に、０．５”の画面サイズに適した表示光学系である。実施例１との違いは、フライアイレンズ２３ａ，２３ｂの矩形形状を３．１×２．５ｍｍとした点で、フライアイレンズの大きさに合わせて偏光変換素子２４のピッチも小さくしている。ここで、フライアイレンズ２３ａ，２３ｂのレンズデータは実施例１と同じである。
【００６７】
そして、本実施例においても、上記（１）式を満たすことが望ましい。
【００６８】
以下、上記実施例２に対応する数値実施例を説明する。
（数値実施例２）
表３に図６に示した集光光学系２５のレンズデータを示す。表３においてｒは曲率半径（ｍｍ）を、ｄは面の間隔（ｍｍ）を、ｎは材質の屈折率を表す。
【００６９】
【表３】
2005165137.tif 000005
【００７０】
面１〜２は第１のコンデンサーレンズ２５ａの面、面３〜４は第２のコンデンサーレンズ２５ｂの面、面５〜６がフィールドレンズ２５ｃ（２５ｃ’）の面である。
【００７１】
ここで、集光光学系５の全系の焦点距離ｆｃは
ｆｃ＝１１４．９ｍｍ
であり、倍率βは、
β＝ｆｃ／ｆｆ２＝３．８９５
となる。集光光学系２５は、この倍率βで第１のフライアイレンズ２３ａの矩形形状の像を形成する。
【００７２】
また、第２のコンデンサーレンズ２５ｂの焦点距離ｆ２は、
ｆ２＝−５２．９ｍｍ
であり、倍率βは、
β＝ｆ２／ｆｃ＝−２．１４  
となる。すなわち、（１）式を満たしている。
【００７３】
ここで、第２のコンデンサーレンズ２５ｂとフィールドレンズ２５ｃ（２５ｃ’）の合成の焦点距離ｆｃ２３は、
ｆｃ２３＝１２４．８ｍｍ
である。このため、
ｆｃ／ｆｃ２３＝０．９２
となる。
【００７４】
なお、本発明が適用される照明光学系は、上記各実施例にて説明した構成のものに限られず、各実施例を適宜変更した照明光学系に対しても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施例１である表示光学系の構成を示す図。
【図２】実施例１に用いられているダイクロイックミラーとカラーフィルタの特性図。
【図３】実施例１に用いられているフライアイレンズを説明する図。
【図４】実施例１に用いられている集光光学系を説明する図。
【図５】本発明の実施例２である表示光学系の構成を示す図。
【図６】実施例２に用いられている集光光学系を説明する図。
【図７】従来の表示光学系を説明する図。
【図８】(a)、(b)はそれぞれ偏光ビームスプリッタの偏光分離特性を示す図。
【００７６】
１  放電ランプ
２  リフレクタ
３ａ  第１のフライアイレンズ
３ｂ  第２のフライアイレンズ
４  偏光変換素子
５ａ  第１のコンデンサーレンズ
５ｂ  第２のコンデンサーレンズ
５ｃ，５ｃ’  フィールドレンズ
６  ダイクロイックミラー
７  カラーフィルタ
８ａ，８ｂ  色選択性位相差板
９ａ，９ｂ  １／２波長板
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  偏光ビームスプリッタ
１１ｒ，１１ｇ，１１ｂ  反射型液晶表示素子
１２ｒ，１２ｇ，１２ｂ  １／４波長板
１３  投射レンズ
【図１】
2005165137.tif 000006
【図２】
2005165137.tif 000007
【図３】
2005165137.tif 000008
【図４】
2005165137.tif 000009
【図５】
2005165137.tif 000010
【図６】
2005165137.tif 000011
【図７】
2005165137.tif 000012
【図８】
2005165137.tif 000013