(57)【要約】【課題】色ムラの少ない均一性の高い高品質画像を表示できる製造容易な投射型表示装置を提供する。【解決手段】投射型表示装置は、光源（１）からの照明光をライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に導く照明光学系を備えている。照明光学系は、照明光をテレセントリックな光束にするためのフィールドレンズ（６ａ，６ｂ）と、照明光を色分離するための第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）と、を有している。第２ダイクロイックミラー（４ｂ）は、フィールドレンズ（６ｂ）よりライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ）寄りに配置されている。したがって、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）にはテレセントリックな照明光が入射することになる。【選択図】      図１
2005010285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの照明光をライトバルブに導く照明光学系を備え、その照明光学系が、照明光をテレセントリックな光束にするためのレンズと、照明光を色分離するための１枚又は２枚以上のダイクロイックミラーと、を有する投射型表示装置であって、
前記ダイクロイックミラーの少なくとも１枚が、前記レンズよりライトバルブ寄りに配置されていることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
光源からの照明光をライトバルブに導く照明光学系を備え、その照明光学系が、照明光をテレセントリックな光束にするためのレンズと、照明光を色分離するための第１，第２ダイクロイックミラーと、照明光の偏光分離を行う偏光ビームスプリッターと、を有する投射型表示装置であって、
照明光の入射順序が、光源側から見て、前記第１ダイクロイックミラー，前記レンズ，前記第２ダイクロイックミラー，前記偏光ビームスプリッターであることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
光源からの照明光をライトバルブに導く照明光学系を備え、その照明光学系が、照明光をテレセントリックな光束にするためのレンズと、照明光を色分離するための１枚のダイクロイックミラーと、照明光の偏光分離を行う偏光ビームスプリッターと、を有する投射型表示装置であって、
照明光の入射順序が、光源側から見て、前記レンズ，前記ダイクロイックミラー，前記偏光ビームスプリッターであることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】
前記ライトバルブが反射型であることを特徴とする請求項１，２又は３記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は投射型表示装置に関するものであり、例えば、照明した液晶パネルの２次元映像をスクリーンに投影表示する液晶プロジェクター等の投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ライトバルブ（例えば液晶パネル）に対する照明やライトバルブで画像変調された光の投射に、複数の偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ：Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を用いた投射型表示装置が従来より知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。しかし、このような投射型表示装置には、高い輝度や高いコントラストが得られないという問題がある。そこで、本出願人は投射型表示装置の高輝度化・高コントラスト化を達成するために、３種類の偏光ビームスプリッターを効果的に用いた偏光分離技術を特許文献３で提案した。その偏光分離技術が適用された投射型表示装置の従来例を図６に示す。
【０００３】
図６は、上記投射型表示装置の従来例を示す光学構成図である。この投射型表示装置は、光源（１），第１レンズアレイ（２ａ），第２レンズアレイ（２ｂ），重ね合わせレンズ（３），第１ダイクロイックミラー（４ａ），第２ダイクロイックミラー（４ｂ），反射ミラー（５ａ，５ｂ），フィールドレンズ（６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ），プレ偏光ビームスプリッター（プレＰＢＳ；７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ），メイン偏光ビームスプリッター（メインＰＢＳ；８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ），反射型のライトバルブ（例えば反射型液晶パネル；９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ），ポスト偏光ビームスプリッター（ポストＰＢＳ；１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ），クロスダイクロイックプリズム（１１），投射レンズ（１２）等で構成されている。
【０００４】
光源（１）から発せられた照明光は、第１レンズアレイ（２ａ）と第２レンズアレイ（２ｂ）によって空間的なエネルギー分布が均一化される。第２レンズアレイ（２ｂ）の各セルを射出した照明光は、重ね合わせレンズ（３）によって各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）上に重ね合わせられる。その一方で、重ね合わせレンズ（３）から射出した照明光は、第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）により、３原色に対応した赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各原色光に色分離される。Ｂの原色光は、第１ダイクロイックミラー（４ａ）で反射され、反射ミラー（５ａ）で反射された後、フィールドレンズ（６Ｂ）を通過する。一方、Ｇ，Ｒの原色光は第１ダイクロイックミラー（４ａ）で反射され、反射ミラー（５ｂ）で反射された後、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）でＧとＲとに色分離される。Ｇの原色光は、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）で反射された後、フィールドレンズ（６Ｇ）を通過する。Ｒの原色光は、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）を透過した後、フィールドレンズ（６Ｒ）を通過する。
【０００５】
各フィールドレンズ（６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ）は、照明光をテレセントリックな光束にするとともに、そのパワーによって投影光を投射レンズ（１２）の瞳に入射させる機能を持っている。各フィールドレンズ（６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ）を通過したＲＧＢの各原色光は、各プレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）に入射する。各プレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）は、各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に対する照明に不要な偏光成分（Ｓ偏光）を反射させて除き、各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に対する照明に必要な偏光成分（Ｐ偏光）のみを透過させて各メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）に入射させる。各メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）は、各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に対する照明に不要な偏光成分（Ｐ偏光）を透過させて除き、各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に対する照明に必要な偏光成分（Ｓ偏光）のみを反射させて各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に入射させる。
【０００６】
各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）は、偏光方向が揃った各原色光（Ｓ偏光）を２次元映像の各画素の表示（つまり画素毎のＯＮ／ＯＦＦ）に応じた選択的な偏光制御により変調し、２種類の偏光（Ｐ偏光，Ｓ偏光）から成る反射光を射出する。各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）から射出した各原色光は、再び各メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）に入射する。各メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）は、投影に不要な偏光成分（Ｓ偏光）を反射させて除き、投影に必要な偏光成分（Ｐ偏光）のみを透過させて各ポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）に入射させる。ポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）は、メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）と同様、投影に不要な偏光成分（Ｓ偏光）を反射させて除き、投影に必要な偏光成分（Ｐ偏光）のみを透過させる。ポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）を透過した各原色光は、クロスダイクロイックプリズム（１１）に入射して色合成される。クロスダイクロイックプリズム（１１）で色合成された投影光は、投射レンズ（１２）でスクリーン（不図示）に投射される。
【０００７】
上記のように各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）を照明する原色光（ＲＧＢ）の偏光分離及び各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）で変調された原色光（ＲＧＢ）の偏光分離を行うＰＢＳ系の機能を、図７に基づいて更に詳しく説明する。図７中の各要素はＲＧＢの各原色光に対応するものを代表しており、６はフィールドレンズ（６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ）、７はプレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）、８はメインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）、９はライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）、１０はポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）にそれぞれ対応している。また、７Ｌ，８Ｌ，１０Ｌは、プレＰＢＳ（７），メインＰＢＳ（８），ポストＰＢＳ（１０）の各偏光分離面を示しており、２重丸は紙面に対して垂直に振動する偏光、両端矢印は紙面に対して平行に振動する偏光を示している。
【０００８】
図７（Ａ）は正面側から見たＰＢＳ系の配置を示しており、紙面に平行な面がメインＰＢＳ（８）及びポストＰＢＳ（１０）の入射面（ｐｌａｎｅ  ｏｆ  ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ）である。また、図７（Ｂ）は側面側から見たＰＢＳ系の配置を示しており｛ただしライトバルブ（９）は図示省略する。｝、紙面に平行な面がプレＰＢＳ（７）の入射面である。なお、偏光状態を分かりやすくするために、メインＰＢＳ（８）とポストＰＢＳ（１０）との間隔はあけた状態で示している。
【０００９】
フィールドレンズ（６）を通った光は、プレＰＢＳ（７）とメインＰＢＳ（８）において、ライトバルブ（９）の照明に不要な偏光成分が除かれ、ライトバルブ（９）の照明に必要な偏光成分のみがライトバルブ（９）に到達する。ここで、メインＰＢＳ（８）の入射面に対して垂直に振動する成分｛メインＰＢＳ（８）に対するＳ偏光｝が、ライトバルブ（９）の照明に必要な偏光成分となる。投射型表示装置の高輝度化・高コントラスト化を達成するには、この方向の偏光成分を透過で取り出して利用することが好ましいため、プレＰＢＳ（７）の入射面はメインＰＢＳ（８）の入射面を光軸（ＡＸ）について略９０度回転したものになっている。また、プレＰＢＳ（７）は偏光分離面（７Ｌ）を２面有しており、その２面（７Ｌ）が光軸（ＡＸ）を含んだメインＰＢＳ（８）の入射面に関して略対称になっている。このような偏光分離面（７Ｌ）を有するプレＰＢＳ（７；７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）を用いることは、高輝度を得るために照明光束の広がりを大きくした投射型表示装置を小型化する上で非常に有効である。
【００１０】
ライトバルブ（９）で変調・反射された光は、メインＰＢＳ（８）とポストＰＢＳ（１０）において、スクリーンへの投影に不要な偏光成分が除かれ、スクリーンへの投影に必要な偏光成分のみがクロスダイクロイックプリズム（１１）に到達する。ここで、メインＰＢＳ（８）の入射面に対して平行に振動する成分｛メインＰＢＳ（８）に対するＰ偏光｝が、スクリーンへの投影に必要な偏光成分となる。投射型表示装置の高輝度化・高コントラスト化を達成するには、この方向の偏光成分を透過で取り出して利用することが好ましいため、ポストＰＢＳ（１０）の入射面はメインＰＢＳ（８）の入射面と同一（つまり互いに平行）になっている｛具体的には、メインＰＢＳ（８）とポストＰＢＳ（１０）とで偏光分離面（８Ｌ，１０Ｌ）が互いに平行になっている。｝。
【００１１】
特許文献１，２で提案されている投射型表示装置には、プレＰＢＳ（７；７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）やポストＰＢＳ（１０；１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）が用いられていないため、高い輝度や高いコントラストは得られない。その光学構成の概略を図１０に示す。光源（１）からの光は、前記従来例（図６）と同様、第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）でＲＧＢの各原色光に色分離されて、各フィールドレンズ（６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ）を通過する。そして、各フィールドレンズ（６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ）を通過したＲＧＢの各原色光は、各ＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）に入射する。各ＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）は、各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に対する照明に不要な偏光成分（Ｐ偏光）を透過させて除き、各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に対する照明に必要な偏光成分（Ｓ偏光）のみを反射させて各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に入射させる。
【００１２】
各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）は、偏光方向が揃った各原色光（Ｓ偏光）を２次元映像の各画素の表示に応じた選択的な偏光制御により変調し、２種類の偏光（Ｐ偏光，Ｓ偏光）から成る反射光を射出する。各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）から射出した各原色光は、再び各ＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）に入射する。各ＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）は、投影に不要な偏光成分（Ｓ偏光）を反射させて除き、投影に必要な偏光成分（Ｐ偏光）のみを透過させて各スペーサーガラス（１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ）に入射させる。各スペーサーガラス（１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ）は、各ＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）及びクロスダイクロイックプリズム（１１）と接合されており、その間隔を安定かつ適正に保つことにより各色の画素ズレを防止している。スペーサーガラス（１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ）を透過した各原色光はクロスダイクロイックプリズム（１１）に入射して色合成され、色合成された投影光は投射レンズ（１２）でスクリーン（不図示）に投射される。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１２−３３０１９６号公報
【特許文献２】
特開平１２−３２１６６２号公報
【特許文献３】
特開２００３−１２１９２５号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した各従来例には高画質化を妨げる問題点があり、それを図６の投射型表示装置を例に挙げて説明する。投射型表示装置（図６）の第２レンズアレイ（２ｂ）からＲ，Ｇのライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ）までの概略光路を、図８に展開して示す。ここでは図を簡素化するために、第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）及び反射ミラー（５ｂ）での反射を全て透過で表現する。また図９に、投射型表示装置に用いられる通常のダイクロイックミラーの波長分離特性の一例を示す。図９中、点線（Ｔ４０）は入射角４０度での透過率、太い実線（Ｔ４５）は入射角４５度での透過率、細い実線（Ｔ５０）は入射角５０度での透過率、をそれぞれ示している。
【００１５】
図８（Ａ），（Ｂ）から分かるように、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）には非テレセントリックな光束が入射し、フィールドレンズ（６Ｒ，６Ｇ）を通過することによりテレセントリックな光束となる。したがって、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）付近を拡大して示す図８（Ｃ）から分かるように、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）に対する各光線の入射角度θ１，θ２，θ３は互いに異なったものとなる（θ１≠θ２，θ２≠θ３，θ３≠θ１）。また図９から分かるように、通常のダイクロイックミラーは波長分離特性が良好である一方、入射角度に依存して波長分離特性がシフトするという特徴を持っている。したがって、図８に示すような位置にダイクロイックミラーが配置されると、ダイクロイックミラーに対する入射角度分布は、各光線位置で入射角度が互いに異なったものになってしまう。その結果、ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ）に到達する光の波長帯がそれぞれの位置で異なってしまい、それがスクリーンへの投影画像に色ムラを発生させる原因となる。高輝度の投射型表示装置においては、一般に入射角度差が非常に大きいものとなるので、顕著な色ムラが生じることになる。また、この現象は一般に比視感度の高い緑色（Ｇ）や赤色（Ｒ）で目立つという不都合もある。
【００１６】
ダイクロイックミラーに対する入射角度分布に合うように、ダイクロイックミラーの波長分離特性を光線位置に応じてシフトさせれば、上記色ムラを補正することは可能である。しかし、そのようなダイクロイックミラーを製造することは困難であり、コストアップを招くことになる。また、波長分離特性の製造バラツキ等を考慮すると、設計的にもこの問題を完全に解決することは非常に困難である。フィールドレンズ（６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ）の平面側、プレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）やメインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）の光入射側面等では（図６）、入射光束がテレセントリックであるため、そのような位置にある面に更なるダイクロイックコートを施せば、上記色ムラを補正することは可能である。しかし、利用波長帯を制限する方向で照明光をカットすることになるため、明るさの低下を招くことになる。
【００１７】
図６の投射型表示装置は、図１０の投射型表示装置を高輝度・高コントラストの点で改良したものである。しかし、装置の小型化を達成するために、プリズムブロック｛メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ），ポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）及びクロスダイクロイックプリズム（１１）の接合から成るブロック、あるいはそれに準ずる結合から成るブロック｝とプレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）との間の隙間が非常に狭くなっており、これが装置の製造を困難にしている。つまり、装置の組立に際して上記プリズムブロックとプレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）とが衝突して破損しやすいという問題がある。しかも、高コントラストを得るために非常に軟らかい硝材から成るＰＢＳが用いられているので、上記隙間が狭いことは組立性を大きく低下させる原因となっている。
【００１８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、色ムラの少ない均一性の高い高品質画像を表示することのできる製造容易な投射型表示装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の投射型表示装置は、光源からの照明光をライトバルブに導く照明光学系を備え、その照明光学系が、照明光をテレセントリックな光束にするためのレンズと、照明光を色分離するための１枚又は２枚以上のダイクロイックミラーと、を有する投射型表示装置であって、前記ダイクロイックミラーの少なくとも１枚が、前記レンズよりライトバルブ寄りに配置されていることを特徴とする。
【００２０】
第１の発明では、照明光をテレセントリックな光束にするためのレンズよりライトバルブ寄りに、少なくとも１枚のダイクロイックミラーが配置されているため、そのダイクロイックミラーにはテレセントリックな光束が入射することになる。したがって、ダイクロイックミラーに対する入射角度分布は、どの光線位置でも入射角度が互いに等しいものとなる。その結果、ライトバルブに到達する照明光の波長帯はどの位置でも差異の小さいものとなり、色ムラの少ない均一性の高い高品質画像が得られる。
【００２１】
第２の発明の投射型表示装置は、光源からの照明光をライトバルブに導く照明光学系を備え、その照明光学系が、照明光をテレセントリックな光束にするためのレンズと、照明光を色分離するための第１，第２ダイクロイックミラーと、照明光の偏光分離を行う偏光ビームスプリッターと、を有する投射型表示装置であって、照明光の入射順序が、光源側から見て、前記第１ダイクロイックミラー，前記レンズ，前記第２ダイクロイックミラー，前記偏光ビームスプリッターであることを特徴とする。
【００２２】
第２の発明では、照明光をテレセントリックな光束にするためのレンズよりライトバルブ寄りに、第２ダイクロイックミラーが配置されているため、第２ダイクロイックミラーにはテレセントリックな光束が入射することになる。したがって、第２ダイクロイックミラーに対する入射角度分布は、どの光線位置でも入射角度が互いに等しいものとなる。その結果、ライトバルブに到達する照明光の波長帯はどの位置でも差異の小さいものとなり、色ムラの少ない均一性の高い高品質画像が得られる。
【００２３】
第３の発明の投射型表示装置は、光源からの照明光をライトバルブに導く照明光学系を備え、その照明光学系が、照明光をテレセントリックな光束にするためのレンズと、照明光を色分離するための１枚のダイクロイックミラーと、照明光の偏光分離を行う偏光ビームスプリッターと、を有する投射型表示装置であって、照明光の入射順序が、光源側から見て、前記レンズ，前記ダイクロイックミラー，前記偏光ビームスプリッターであることを特徴とする。
【００２４】
第３の発明では、照明光をテレセントリックな光束にするためのレンズよりライトバルブ寄りに、ダイクロイックミラーが１枚配置されているため、そのダイクロイックミラーにはテレセントリックな光束が入射することになる。したがって、ダイクロイックミラーに対する入射角度分布は、どの光線位置でも入射角度が互いに等しいものとなる。その結果、ライトバルブに到達する照明光の波長帯はどの位置でも差異の小さいものとなり、色ムラの少ない均一性の高い高品質画像が得られる。
【００２５】
第４の発明の投射型表示装置は、上記第１，第２又は第３の発明において、前記ライトバルブが反射型であることを特徴とする。上記第１，第２又は第３の発明は、透過型ライトバルブを用いた投射型表示装置にも適用できるが、特に反射型ライトバルブを用いた投射型表示装置に適している。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した投射型表示装置を、図面を参照しつつ説明する。なお、前記従来例（図６〜図１０）や各実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００２７】
図１に、投射型表示装置の第１の実施の形態を示す。この投射型表示装置は、光源（１），第１レンズアレイ（２ａ），第２レンズアレイ（２ｂ），重ね合わせレンズ（３），第１ダイクロイックミラー（４ａ），第２ダイクロイックミラー（４ｂ），反射ミラー（５ａ，５ｂ），フィールドレンズ（６ａ，６ｂ），プレ偏光ビームスプリッター（プレＰＢＳ；７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ），メイン偏光ビームスプリッター（メインＰＢＳ；８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ），反射型のライトバルブ（例えば反射型液晶パネル；９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ），ポスト偏光ビームスプリッター（ポストＰＢＳ；１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ），クロスダイクロイックプリズム（１１），投射レンズ（１２）等で構成されている。そのなかでも、第１，第２レンズアレイ（２ａ，２ｂ），重ね合わせレンズ（３），第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ），反射ミラー（５ａ，５ｂ），フィールドレンズ（６ａ，６ｂ），プレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ），メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）等から成る照明光学系によって、光源（１）からの照明光が各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に導かれる。そして、照明光学系により照明された各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）の表示画像は、メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ），ポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ），クロスダイクロイックプリズム（１１），投射レンズ（１２）等から成る投影光学系によってスクリーン（不図示）に投影される。
【００２８】
各部の構成を更に詳しく説明する。光源（１）から発せられた照明光は、第１レンズアレイ（２ａ）と第２レンズアレイ（２ｂ）によって空間的なエネルギー分布が均一化される。第２レンズアレイ（２ｂ）の各セルを射出した照明光は、重ね合わせレンズ（３）によって各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）上に重ね合わせられる。その一方で、重ね合わせレンズ（３）から射出した照明光は、第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）により、３原色に対応した赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各原色光に色分離される。なお、光源（１）からの照明光の利用効率を向上させるために、照明光の偏光方向を揃える偏光変換手段を必要に応じて配置してもよい。
【００２９】
Ｂの原色光は、第１ダイクロイックミラー（４ａ）で反射され、反射ミラー（５ａ）で反射された後、フィールドレンズ（６ａ）を通過してプレＰＢＳ（７Ｂ）に入射する。一方、Ｇ，Ｒの原色光は第１ダイクロイックミラー（４ａ）で反射され、反射ミラー（５ｂ）で反射された後、フィールドレンズ（６ｂ）を通過する。そして、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）でＧとＲとに色分離される。Ｇの原色光は、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）で反射された後、プレＰＢＳ（７Ｇ）に入射する。Ｒの原色光は、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）を透過した後、プレＰＢＳ（７Ｒ）に入射する。
【００３０】
各フィールドレンズ（６ａ，６ｂ）は、照明光をテレセントリックな光束にするとともに、そのパワーによって投影光を投射レンズ（１２）の瞳に入射させる機能を有している。また、この実施の形態に用いられているＰＢＳ系は、前記従来例の場合（図６，図７）と同様の構成になっており、図７（Ｂ）に示すようにプレＰＢＳ（７）が偏光分離面（７Ｌ）を２面有し、その２面（７Ｌ）が光軸（ＡＸ）を含んだメインＰＢＳ（８）の入射面に対して略対称になっている。そして各プレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）は、各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に対する照明に不要な偏光成分（Ｓ偏光）を反射させて除き、各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に対する照明に必要な偏光成分（Ｐ偏光）のみを透過させて各メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）に入射させる。各メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）は、各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に対する照明に不要な偏光成分（Ｐ偏光）を透過させて除き、各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に対する照明に必要な偏光成分（Ｓ偏光）のみを反射させて各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に入射させる。
【００３１】
各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）は、偏光方向が揃った各原色光（Ｓ偏光）を２次元映像の各画素の表示（つまり画素毎のＯＮ／ＯＦＦ）に応じた選択的な偏光制御により変調し、２種類の偏光（Ｐ偏光，Ｓ偏光）から成る反射光を射出する。各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）から射出した各原色光は、再び各メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）に入射する。各メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）は、投影に不要な偏光成分（Ｓ偏光）を反射させて除き、投影に必要な偏光成分（Ｐ偏光）のみを透過させて各ポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）に入射させる。
【００３２】
ポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）は、メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）と同様、投影に不要な偏光成分（Ｓ偏光）を反射させて除き、投影に必要な偏光成分（Ｐ偏光）のみを透過させる。ポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）を透過した各原色光は、クロスダイクロイックプリズム（１１）に入射して色合成される。クロスダイクロイックプリズム（１１）で色合成された投影光は、投射レンズ（１２）でスクリーン（不図示）に投射される。メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）とポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）とクロスダイクロイックプリズム（１１）とは各色毎に接合されているため、それらの間隔が安定かつ適正に保たれて各色の画素ズレが防止される。なお、色分離・色合成におけるＲＧＢの順序や配置は、この投射型表示装置の場合に限らず、各光学部品の特性変更により容易に入れ替えることが可能である。
【００３３】
第１の実施の形態では、照明光をテレセントリックな光束にするために２枚のフィールドレンズ（６ａ，６ｂ）を備えており、照明光を色分離するために２枚のダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）を備えている。そして、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）がフィールドレンズ（６ｂ）よりライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ）寄りに配置されている。言い換えれば、フィールドレンズ（６ｂ）が第２ダイクロイックミラー（４ｂ）よりも光源（１）側に配置されている。結果として、照明光の入射順序は、光源（１）側から見て、第１ダイクロイックミラー（４ａ），フィールドレンズ（６ｂ），第２ダイクロイックミラー（４ｂ）となっている。この光学配置を、図２に基づいて更に詳しく説明する。図２に、第２レンズアレイ（２ｂ）からＲ，Ｇのライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ）までの概略光路を展開して示す。ここでは図を簡素化するために、第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）及び反射ミラー（５ｂ）での反射を全て透過で表現する。
【００３４】
図２（Ａ），（Ｂ）から分かるように、照明光は第２ダイクロイックミラー（４ｂ）に入射する前に、フィールドレンズ（６ｂ）を通過することによりテレセントリックな光束となる。その結果、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）付近を拡大して示す図２（Ｃ）から分かるように、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）に対する各光線の入射角度θ１，θ２，θ３は互いに等しいものとなる（θ１＝θ２＝θ３）。つまり、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）にはテレセントリックな光束が入射するため、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）に対する入射角度分布は、どの光線位置でも入射角度が互いに等しいものとなる。したがって、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）が入射角度に依存してシフトする波長分離特性を持っていても（図９）、ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ）に到達する照明光の波長帯はどの位置でも差異の小さいものとなり、色ムラの少ない均一性の高い高品質画像が得られる。しかも、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）の波長分離特性を光線位置に応じてシフトさせたり、ダイクロイックコートを追加したりする等の複雑な構成を採用する必要がないので、装置の製造は容易である。
【００３５】
また、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）より光源（１）側では比較的広いスペースを確保することができるので、この実施の形態のようにフィールドレンズ（６ｂ）を第２ダイクロイックミラー（４ｂ）よりも光源（１）側に配置すれば、装置の製造が容易になる。つまり、フィールドレンズ（６ｂ）を第２ダイクロイックミラー（４ｂ）より光源（１）側の比較的広いスペースに配置すると、フィールドレンズ（６ｂ）を第２ダイクロイックミラー（４ｂ）とプレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ）との間の狭い所に配置する必要がなくなるので、装置の組立性が向上する。さらに、プリズムブロック｛メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ），ポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）及びクロスダイクロイックプリズム（１１）の接合から成るブロック、あるいはそれに準ずる結合から成るブロック｝とプレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）との間の隙間を広く確保することが可能になるので、装置の組立に際して上記プリズムブロックとプレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）とが衝突して破損する等の問題が生じにくくなり、この点でも装置の組立性が向上する。なお、２枚のフィールドレンズ（６ａ，６ｂ）は光学的に等価な位置に配置されるため、原色光Ｂ側での組立性も当然向上することになる。
【００３６】
この実施の形態のように、色分離にダイクロイックミラーを用いることが好ましい。色分離用光学部材としては、ダイクロイックミラーのほかにダイクロイックプリズムが挙げられる。しかし、ダイクロイックプリズムはダイクロイックミラーに比べて高価であり、しかも波長分離特性の入射角度依存性が大きいため上記色ムラの改善効果は小さい。ダイクロイックミラーはダイクロイックプリズムに比べて波長分離特性の入射角度依存性が小さいため、ダイクロイックミラーでテレセントリックな照明光の色分離を行うことにより、上記色ムラの改善効果を更に大きくすることができる。また、この実施の形態のように緑色（Ｇ）と赤色（Ｒ）を第２ダイクロイックミラー（４ｂ）で色分離することが好ましい。比視感度の高い緑色（Ｇ）と赤色（Ｒ）を第２ダイクロイックミラー（４ｂ）で分けるようにすれば、上記色ムラの改善効果を更に大きくすることができる。
【００３７】
図６に示す従来例と比較すると分かるように、この実施の形態ではフィールドレンズ位置の移動によって、共役関係にある第１レンズアレイ（２ａ）の各セルと各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）との倍率関係が変化するため、第１，第２レンズアレイ（２ａ，２ｂ）の大きさ及びその配置間隔を縮めることができ、投射型表示装置の小型化・低コスト化が達成される。また、フィールドレンズ枚数の３枚から２枚への削減（部品点数の減少）、重ね合わせレンズ（３）の小型化（部品の小型化）等による低コスト化も達成される。
【００３８】
ダイクロイックミラーにテレセントリックな照明光を入射させる構成は、第１の実施の形態のように１枚のダイクロイックミラーに対して適用する場合に限らない。２枚又は３枚以上のダイクロイックミラーにテレセントリックな照明光を入射させてもよい。その一例として、２枚のダイクロイックミラーにテレセントリックな照明光が入射するように構成された投射型表示装置を挙げて、以下に説明する。
【００３９】
図３に、投射型表示装置の第２の実施の形態を示す。この投射型表示装置は、光源（１），第１レンズアレイ（２ａ），第２レンズアレイ（２ｂ），重ね合わせレンズ（３），第１ダイクロイックミラー（４ａ），第２ダイクロイックミラー（４ｂ），反射ミラー（５ａ，５ｂ），フィールドレンズ（６ｓ），プレ偏光ビームスプリッター（プレＰＢＳ；７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ），メイン偏光ビームスプリッター（メインＰＢＳ；８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ），反射型のライトバルブ（例えば反射型液晶パネル；９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ），ポスト偏光ビームスプリッター（ポストＰＢＳ；１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ），クロスダイクロイックプリズム（１１），投射レンズ（１２）等で構成されている。そのなかでも、第１，第２レンズアレイ（２ａ，２ｂ），重ね合わせレンズ（３），第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ），反射ミラー（５ａ，５ｂ），フィールドレンズ（６ｓ），プレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ），メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）等から成る照明光学系によって、光源（１）からの照明光が各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に導かれる。そして、照明光学系により照明された各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）の表示画像は、メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ），ポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ），クロスダイクロイックプリズム（１１），投射レンズ（１２）等から成る投影光学系によってスクリーン（不図示）に投影される。
【００４０】
各部の構成を更に詳しく説明する。光源（１）から発せられた照明光は、第１レンズアレイ（２ａ）と第２レンズアレイ（２ｂ）によって空間的なエネルギー分布が均一化される。第２レンズアレイ（２ｂ）の各セルを射出した照明光は、重ね合わせレンズ（３）によって各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）上に重ね合わせられる。その一方で、重ね合わせレンズ（３）から射出した照明光は、フィールドレンズ（６ｓ）を通過することによりテレセントリックな光束となる。またフィールドレンズ（６ｓ）は、そのパワーによって投影光を投射レンズ（１２）の瞳に入射させるように作用する。図３において、重ね合わせレンズ（３）とフィールドレンズ（６ｓ）との間隔は狭く表現されているが、実際の間隔はこれらのレンズ（３，６ｓ）により所定の機能が得られるように適宜設定される。なお、光源（１）からの照明光の利用効率を向上させるために、照明光の偏光方向を揃える偏光変換手段を必要に応じて配置してもよい。
【００４１】
フィールドレンズ（６ｓ）を通過した照明光は、第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）により、３原色に対応した赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各原色光に色分離される。Ｂの原色光は、第１ダイクロイックミラー（４ａ）で反射され、反射ミラー（５ａ）で反射された後、プレＰＢＳ（７Ｂ）に入射する。一方、Ｇ，Ｒの原色光は第１ダイクロイックミラー（４ａ）で反射され、反射ミラー（５ｂ）で反射された後、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）でＧとＲとに色分離される。Ｇの原色光は、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）で反射された後、プレＰＢＳ（７Ｇ）に入射する。Ｒの原色光は、第２ダイクロイックミラー（４ｂ）を透過した後、プレＰＢＳ（７Ｒ）に入射する。
【００４２】
この実施の形態に用いられているＰＢＳ系は、前記従来例の場合（図６，図７）と同様の構成になっており、図７（Ｂ）に示すようにプレＰＢＳ（７）が偏光分離面（７Ｌ）を２面有し、その２面（７Ｌ）が光軸（ＡＸ）を含んだメインＰＢＳ（８）の入射面に対して略対称になっている。そして各プレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）は、各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に対する照明に不要な偏光成分（Ｓ偏光）を反射させて除き、各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に対する照明に必要な偏光成分（Ｐ偏光）のみを透過させて各メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）に入射させる。各メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）は、各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に対する照明に不要な偏光成分（Ｐ偏光）を透過させて除き、各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に対する照明に必要な偏光成分（Ｓ偏光）のみを反射させて各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に入射させる。
【００４３】
各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）は、偏光方向が揃った各原色光（Ｓ偏光）を２次元映像の各画素の表示（つまり画素毎のＯＮ／ＯＦＦ）に応じた選択的な偏光制御により変調し、２種類の偏光（Ｐ偏光，Ｓ偏光）から成る反射光を射出する。各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）から射出した各原色光は、再び各メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）に入射する。各メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）は、投影に不要な偏光成分（Ｓ偏光）を反射させて除き、投影に必要な偏光成分（Ｐ偏光）のみを透過させて各ポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）に入射させる。
【００４４】
ポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）は、メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）と同様、投影に不要な偏光成分（Ｓ偏光）を反射させて除き、投影に必要な偏光成分（Ｐ偏光）のみを透過させる。ポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）を透過した各原色光は、クロスダイクロイックプリズム（１１）に入射して色合成される。クロスダイクロイックプリズム（１１）で色合成された投影光は、投射レンズ（１２）でスクリーン（不図示）に投射される。メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ）とポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）とクロスダイクロイックプリズム（１１）とは各色毎に接合されているため、それらの間隔が安定かつ適正に保たれて各色の画素ズレが防止される。なお、色分離・色合成におけるＲＧＢの順序や配置は、この投射型表示装置の場合に限らず、各光学部品の特性変更により容易に入れ替えることが可能である。
【００４５】
第２の実施の形態では、照明光をテレセントリックな光束にするために１枚のフィールドレンズ（６ｓ）を備えており、照明光を色分離するために２枚のダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）を備えている。そして、第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）がフィールドレンズ（６ｓ）よりライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ）寄りに配置されている。言い換えれば、フィールドレンズ（６ｓ）が第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）よりも光源（１）側に配置されている。結果として、照明光の入射順序は、光源（１）側から見て、フィールドレンズ（６ｓ），第１ダイクロイックミラー（４ａ），第２ダイクロイックミラー（４ｂ）となっている。この光学配置を更に詳しく説明する。
【００４６】
照明光は第１ダイクロイックミラー（４ａ）に入射する前に、フィールドレンズ（６ｓ）を通過することによりテレセントリックな光束となる。その結果、第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）に対する各光線の入射角度は互いに等しいものとなる。つまり、第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）にはテレセントリックな光束が入射するため、第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）に対する入射角度分布は、どの光線位置でも入射角度が互いに等しいものとなる。したがって、第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）が入射角度に依存してシフトする波長分離特性を持っていても（図９）、ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ）に到達する照明光の波長帯はどの位置でも差異の小さいものとなり、色ムラの少ない均一性の高い高品質画像が得られる。しかも、第１，第２ダイクロイックミラー（４ａ，４ｂ）の波長分離特性を光線位置に応じてシフトさせたり、ダイクロイックコートを追加したりする等の複雑な構成を採用する必要がないので、装置の製造は容易である。
【００４７】
また、この実施の形態のようにフィールドレンズ（６ｓ）を第１ダイクロイックミラー（４ａ）よりも光源（１）側に配置すれば、フィールドレンズ（６ｓ）を第２ダイクロイックミラー（４ｂ）とプレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ）との間の狭い所に配置する必要がなくなるので、装置の組立性が向上する。さらに、プリズムブロック｛メインＰＢＳ（８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ），ポストＰＢＳ（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）及びクロスダイクロイックプリズム（１１）の接合から成るブロック、あるいはそれに準ずる結合から成るブロック｝とプレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）との間の隙間を広く確保することが可能になるので、装置の組立に際して上記プリズムブロックとプレＰＢＳ（７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ）とが衝突して破損する等の問題が生じにくくなり、この点でも装置の組立性が向上する。
【００４８】
この実施の形態のように、色分離にダイクロイックミラーを用いることが好ましい。色分離用光学部材としては、ダイクロイックミラーのほかにダイクロイックプリズムが挙げられる。しかし、ダイクロイックプリズムはダイクロイックミラーに比べて高価であり、しかも波長分離特性の入射角度依存性が大きいため上記色ムラの改善効果は小さい。ダイクロイックミラーはダイクロイックプリズムに比べて波長分離特性の入射角度依存性が小さいため、ダイクロイックミラーでテレセントリックな照明光の色分離を行うことにより、上記色ムラの改善効果を更に大きくすることができる。また、この実施の形態のように緑色（Ｇ）と赤色（Ｒ）を第２ダイクロイックミラー（４ｂ）で色分離することが好ましい。比視感度の高い緑色（Ｇ）と赤色（Ｒ）を第２ダイクロイックミラー（４ｂ）で分けるようにすれば、上記色ムラの改善効果を更に大きくすることができる。
【００４９】
図６に示す従来例と比較すると分かるように、この実施の形態ではフィールドレンズ位置の移動によって、共役関係にある第１レンズアレイ（２ａ）の各セルと各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）との倍率関係が変化するため、第１，第２レンズアレイ（２ａ，２ｂ）の大きさ及びその配置間隔を縮めることができ、投射型表示装置の小型化・低コスト化が達成される。また、フィールドレンズ枚数の３枚から１枚への削減（部品点数の減少）、重ね合わせレンズ（３）の小型化（部品の小型化）等による低コスト化も達成される。
【００５０】
ダイクロイックミラーにテレセントリックな照明光を入射させる構成は、第１，第２の実施の形態のように２枚のダイクロイックミラーで色分離を行う投射型表示装置に限らず、少なくとも１枚のダイクロイックミラーとその他の色分離用光学部材との組み合わせで色分離を行う投射型表示装置にも適用可能である。その一例として、１枚のダイクロイックミラーとその他の色分離用光学部材にテレセントリックな照明光が入射するように構成された投射型表示装置を挙げて、以下に説明する。
【００５１】
図４に、投射型表示装置の第３の実施の形態を示す。この投射型表示装置は、光源（１），第１レンズアレイ（２ａ），第２レンズアレイ（２ｂ），重ね合わせレンズ（３），ダイクロイックミラー（４），反射ミラー（５），フィールドレンズ（６ｓ），反射型のライトバルブ（例えば反射型液晶パネル；９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ），投射レンズ（１２），スペーサーガラス（１３ａ，１３ｂ），第１偏光ビームスプリッター（第１ＰＢＳ，２１），第２偏光ビームスプリッター（第２ＰＢＳ，２２），第３偏光ビームスプリッター（第３ＰＢＳ，２３）等で構成されている。そのなかでも、第１，第２レンズアレイ（２ａ，２ｂ），重ね合わせレンズ（３），反射ミラー（５），フィールドレンズ（６ｓ），ダイクロイックミラー（４），第１ＰＢＳ（２１），第２ＰＢＳ（２２）等から成る照明光学系によって、光源（１）からの照明光が各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に導かれる。そして、照明光学系により照明された各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）の表示画像は、第１〜第３ＰＢＳ（２１，２２，２３），スペーサーガラス（１３ａ，１３ｂ），投射レンズ（１２）等から成る投影光学系によってスクリーン（不図示）に投影される。なお、各スペーサーガラス（１３ａ，１３ｂ）は、第１，第２ＰＢＳ（２１，２２）及び第３ＰＢＳ（２３）と直接又は間接的に接合されており、その間隔を安定かつ適正に保つことにより各色の画素ズレを防止している。
【００５２】
各部の構成を更に詳しく説明する。光源（１）から発せられた照明光は、第１レンズアレイ（２ａ）と第２レンズアレイ（２ｂ）によって空間的なエネルギー分布が均一化される。第２レンズアレイ（２ｂ）の各セルを射出した照明光は、重ね合わせレンズ（３）によって各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）上に重ね合わせられる。その一方で、重ね合わせレンズ（３）から射出した照明光は、反射ミラー（５）で反射された後、フィールドレンズ（６ｓ）に入射する。フィールドレンズ（６ｓ）は、照明光をテレセントリックな光束にするとともに、そのパワーによって投影光を投射レンズ（１２）の瞳に入射させる機能を有している。なお、光源（１）からの照明光の利用効率を向上させるために、照明光の偏光方向を揃える偏光変換手段を必要に応じて配置してもよい。
【００５３】
フィールドレンズ（６ｓ）を通過した照明光は、以下の過程を経ることにより、３原色に対応した赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各原色光に色分離される。まず、Ｇの原色光は、ダイクロイックミラー（４）で反射された後、第１ＰＢＳ（２１）の光入射側面に配置されている偏光板（不図示）に入射する。この偏光板は、ライトバルブ（９Ｇ）に対する照明に不要な偏光成分（Ｐ偏光）を除き、ライトバルブ（９Ｇ）に対する照明に必要な偏光成分（Ｓ偏光）のみを透過させて第１ＰＢＳ（２１）に入射させる。偏光板を透過したＧの原色光は、第１ＰＢＳ（２１）で反射されてライトバルブ（９Ｇ）に到達する。
【００５４】
一方、Ｒ，Ｂの原色光はダイクロイックミラー（４）を透過した後、第２ＰＢＳ（２２）の光入射側面に配置されている偏光板（不図示）と偏光変換素子（不図示；例えば、Ｃｏｌｏｒ  Ｌｉｎｋ社製のＣｏｌｏｒ  Ｓｅｌｅｃｔ）に入射する。その偏光板は、ライトバルブ（９Ｒ，９Ｂ）に対する照明に不要な偏光成分（Ｐ偏光）を除き、ライトバルブ（９Ｒ，９Ｂ）に対する照明に必要な偏光成分（Ｓ偏光）のみを透過させる。偏光変換素子は、Ｂの原色光のみをＳ偏光からＰ偏光に変換する。したがって、第２ＰＢＳ（２２）にはＲのＳ偏光とＢのＰ偏光が入射することになる。ＲのＳ偏光は第２ＰＢＳ（２２）で反射されてライトバルブ（９Ｒ）に到達し、ＢのＰ偏光は第２ＰＢＳ（２２）を透過してライトバルブ（９Ｂ）に到達する。
【００５５】
各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）は、偏光方向が揃った各原色光を２次元映像の各画素の表示（つまり画素毎のＯＮ／ＯＦＦ）に応じた選択的な偏光制御により変調し、２種類の偏光（Ｐ偏光，Ｓ偏光）から成る反射光を射出する。各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）から射出した各原色光は、再び第１，第２ＰＢＳ（２１，２２）に入射する。そして、以下の過程を経ることにより、Ｒ・Ｇ・Ｂの原色光が色合成される。まず、変調されたＧの原色光のうちのＰ偏光は、第１ＰＢＳ（２１），スペーサーガラス（１３ａ），第３ＰＢＳ（２３）の順に透過して、投射レンズ（１２）に導かれる。一方、変調されたＲの原色光のうちのＰ偏光が第２ＰＢＳ（２２）を透過し、変調されたＢの原色光のうちのＳ偏光が第２ＰＢＳ（２２）で反射されることにより、ＲとＢの色合成が行われる。色合成されたＲとＢの原色光は、スペーサーガラス（１３ｂ）を透過した後、第３ＰＢＳ（２３）で反射されることによりＧと色合成されて、投射レンズ（１２）に導かれる。
【００５６】
第２ＰＢＳ（２２）と第３ＰＢＳ（２３）との間｛具体的には、第２ＰＢＳ（２２）とスペーサーガラス（１３ｂ）との間、スペーサーガラス（１３ｂ）と第３ＰＢＳ（２３）との間｝には、偏光変換素子（不図示；例えば、Ｃｏｌｏｒ  Ｌｉｎｋ社製のＣｏｌｏｒ  Ｓｅｌｅｃｔ）と偏光板（不図示）が順に配置されている。その偏光変換素子はＲの原色光のみをＰ偏光からＳ偏光に変換し、偏光板は第３ＰＢＳ（２３）に対するＳ偏光のみを透過させる。したがって、第３ＰＢＳ（２３）にはＳ偏光となったＲとＢの原色光が入射することになる。第２，第３ＰＢＳ（２２，２３）で色合成された投影光は、投射レンズ（１２）でスクリーン（不図示）に投射される。なお、色分離・色合成におけるＲＧＢの順序や配置は、この投射型表示装置の場合に限らず、各光学部品の特性変更により容易に入れ替えることが可能である。
【００５７】
第３の実施の形態では、照明光をテレセントリックな光束にするために１枚のフィールドレンズ（６ｓ）を備えており、照明光を色分離するために１枚のダイクロイックミラー（４）と第２ＰＢＳ（２２）を備えている。そして、ダイクロイックミラー（４）と第２ＰＢＳ（２２）が、フィールドレンズ（６ｓ）よりライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）寄りに配置されている。言い換えれば、フィールドレンズ（６ｓ）がすべての色分離用光学部材（４，２２）よりも光源（１）側に配置されている。結果として、照明光の入射順序は、光源（１）側から見て、フィールドレンズ（６ｓ），ダイクロイックミラー（４），第２ＰＢＳ（２２）となっている。この光学配置を更に詳しく説明する。
【００５８】
照明光はダイクロイックミラー（４）に入射する前に、フィールドレンズ（６ｓ）を通過することによりテレセントリックな光束となる。その結果、ダイクロイックミラー（４）や第２ＰＢＳ（２２）の偏光分離面に対する各光線の入射角度は互いに等しいものとなる。つまり、ダイクロイックミラー（４）等の色分離用光学部材にはテレセントリックな光束が入射するため、ダイクロイックミラー（４）等の色分離用光学部材に対する入射角度分布は、どの光線位置でも入射角度が互いに等しいものとなる。したがって、ダイクロイックミラー（４）等の色分離用光学部材が入射角度に依存してシフトする波長分離特性を持っていても（図９）、ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に到達する照明光の波長帯はどの位置でも差異の小さいものとなり、色ムラの少ない均一性の高い高品質画像が得られる。しかも、ダイクロイックミラー（４）等の色分離用光学部材の波長分離特性を光線位置に応じてシフトさせたり、ダイクロイックコートを追加したりする等の複雑な構成を採用する必要がないので、装置の製造は容易である。
【００５９】
ここで、第３の実施の形態との比較のために、ダイクロイックミラー（４）のライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）側にフィールドレンズ（６ａ，６ｂ）が配置された投射型表示装置の光学構成を図５に示す。この投射型表示装置では、照明光がダイクロイックミラー（４）での透過又は反射の後、フィールドレンズ（６ａ，６ｂ）に入射するので、図８等に示す従来例の場合と同様、ダイクロイックミラー（４）には非テレセントリックな光束が入射し、フィールドレンズ（６ａ，６ｂ）を通過することによりテレセントリックな光束となる。ダイクロイックミラー（４）に対する入射角度分布は、各光線位置で入射角度が互いに異なったものになってしまうので、各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）に到達する光の波長帯がそれぞれの位置で異なってしまい、それがスクリーンへの投影画像に色ムラを発生させる原因となる。高輝度の投射型表示装置においては、一般に入射角度差が非常に大きいものとなるので、顕著な色ムラが生じることになり、比視感度の高いＧやＲの原色光では特に目立ってしまう。
【００６０】
このタイプの投射型表示装置では、ダイクロイックミラー（４）より光源（１）側において比較的広いスペースを確保することができるので、第３の実施の形態（図４）のようにフィールドレンズ（６ｓ）をダイクロイックミラー（４）よりも光源（１）側に配置すれば、装置の製造が容易になる。つまり、フィールドレンズ（６ｓ）をダイクロイックミラー（４）より光源（１）側の比較的広いスペースに配置すると、図５のようにフィールドレンズ（６ａ，６ｂ）をダイクロイックミラー（４）と第１，第２ＰＢＳ（２１，２２）との間の狭い所に配置する必要がなくなるので、装置の組立性が向上する。さらに、ＰＢＳブロック｛第１〜第３ＰＢＳ（２１，２２，２３）及びスペーサーガラス（１３ａ，１３ｂ）の接合から成るブロック、あるいはそれに準ずる結合から成るブロック｝と他の光学部品｛ダイクロイックミラー（４）等｝との間の隙間を広く確保することが可能になるので、装置の組立に際して光学部品同士が衝突して破損する等の問題が生じにくくなり、この点でも装置の組立性が向上する。
【００６１】
この実施の形態のように、色分離にダイクロイックミラーを少なくとも１枚用いることが好ましい。色分離用光学部材としては、ダイクロイックミラーのほかにダイクロイックプリズムが挙げられる。しかし、ダイクロイックプリズムはダイクロイックミラーに比べて高価であり、しかも波長分離特性の入射角度依存性が大きいため上記色ムラの改善効果は小さい。ダイクロイックミラーはダイクロイックプリズムに比べて波長分離特性の入射角度依存性が小さいため、少なくとも１枚のダイクロイックミラーでテレセントリックな照明光の色分離を行うことにより、上記色ムラの改善効果を更に大きくすることができる。
【００６２】
図５に示す投射型表示装置と比較すると分かるように、この実施の形態（図４）ではフィールドレンズ位置の移動によって、共役関係にある第１レンズアレイ（２ａ）の各セルと各ライトバルブ（９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ）との倍率関係が変化するため、第１，第２レンズアレイ（２ａ，２ｂ）の大きさ及びその配置間隔を縮めることができ、投射型表示装置の小型化・低コスト化が達成される。また、フィールドレンズ枚数の２枚から１枚への削減（部品点数の減少）、重ね合わせレンズ（３）の小型化（部品の小型化）等による低コスト化も達成される。
【００６３】
上述した第１〜第３の実施の形態のように、ダイクロイックミラーにテレセントリックな照明光を入射させる構成は、透過型ライトバルブを用いた投射型表示装置にも適用可能であるが、特に反射型ライトバルブを用いた投射型表示装置に適している。また、各実施の形態のような投射型表示装置に限らず、他の形態の反射型ライトバルブを用いた投射型表示装置にも適用可能である。特に、第１の実施の形態のような色分離・色合成の光学構成を採用した投射型表示装置に本発明を適用する場合、照明光の入射する順序が、光源側から見て、第１ダイクロイックミラー，フィールドレンズ，第２ダイクロイックミラー，偏光ビームスプリッターであれば、なお好適である。
【００６４】
なお、上述した各実施の形態には以下の構成を有する発明（Ｐ１，Ｐ２，…）が含まれている。そしてこれらの構成によると、色ムラの少ない均一性の高い高品質画像を表示することのできる製造容易な投射型表示装置等を実現することができ、各特徴を有することにより前述した効果を得ることができる。
【００６５】
（Ｐ１）  光源からの照明光をライトバルブに導く照明光学系を備え、その照明光学系が、照明光をテレセントリックな光束にするフィールドレンズと、照明光を色分離するための色分離用光学部材と、を有する投射型表示装置であって、前記フィールドレンズのライトバルブ側に前記色分離用光学部材が少なくとも１枚位置することを特徴とする投射型表示装置。この発明では、照明光をテレセントリックな光束にするフィールドレンズのライトバルブ側に、少なくとも１枚の色分離用光学部材が配置されているため、その色分離用光学部材にはテレセントリックな光束が入射することになる。したがって、色分離用光学部材に対する入射角度分布は、どの光線位置でも入射角度が互いに等しいものとなる。その結果、ライトバルブに到達する照明光の波長帯はどの位置でも差異の小さいものとなり、色ムラの少ない均一性の高い高品質画像が得られる。
【００６６】
（Ｐ２）  光源からの照明光をライトバルブに導く照明光学系を備え、その照明光学系が、照明光をテレセントリックな光束にするフィールドレンズと、照明光を色分離するための第１，第２の色分離用光学部材と、照明光の偏光分離を行う偏光ビームスプリッターと、を有する投射型表示装置であって、第１の色分離用光学部材，フィールドレンズ，第２の色分離用光学部材，偏光ビームスプリッターの順に照明光が入射するように光学配置されていることを特徴とする投射型表示装置。この発明では、照明光をテレセントリックな光束にするフィールドレンズのライトバルブ側に、第２の色分離用光学部材が配置されているため、第２の色分離用光学部材にはテレセントリックな光束が入射することになる。したがって、第２の色分離用光学部材に対する入射角度分布は、どの光線位置でも入射角度が互いに等しいものとなる。その結果、ライトバルブに到達する照明光の波長帯はどの位置でも差異の小さいものとなり、色ムラの少ない均一性の高い高品質画像が得られる。
【００６７】
（Ｐ３）  光源からの照明光をライトバルブに導く照明光学系を備え、その照明光学系が、照明光をテレセントリックな光束にするフィールドレンズと、照明光を色分離するための色分離用光学部材と、照明光の偏光分離を行う偏光ビームスプリッターと、を有する投射型表示装置であって、フィールドレンズ，色分離用光学部材，偏光ビームスプリッターの順に照明光が入射するように光学配置されていることを特徴とする投射型表示装置。この発明では、照明光をテレセントリックな光束にするフィールドレンズのライトバルブ側に、色分離用光学部材が配置されているため、その色分離用光学部材にはテレセントリックな光束が入射することになる。したがって、色分離用光学部材に対する入射角度分布は、どの光線位置でも入射角度が互いに等しいものとなる。その結果、ライトバルブに到達する照明光の波長帯はどの位置でも差異の小さいものとなり、色ムラの少ない均一性の高い高品質画像が得られる。
【００６８】
（Ｐ４）  光源からの照明光を色分離用光学部材で色分離し、対応するライトバルブにそれぞれ導く照明光学系を備えた投射型表示装置であって、前記照明光学系が前記色分離用光学部材にテレセントリックな照明光を入射させるレンズを有することを特徴とする投射型表示装置。この発明では、色分離用光学部材にテレセントリックな照明光が入射するので、色分離用光学部材に対する入射角度分布は、どの光線位置でも入射角度が互いに等しいものとなる。その結果、ライトバルブに到達する照明光の波長帯はどの位置でも差異の小さいものとなり、色ムラの少ない均一性の高い高品質画像が得られる。
【００６９】
（Ｐ５）  前記ライトバルブが反射型であることを特徴とする上記（Ｐ１）〜（Ｐ４）のいずれか１項に記載の投射型表示装置。上記（Ｐ１）〜（Ｐ４）の発明は、透過型ライトバルブを用いた投射型表示装置にも適用できるが、特に反射型ライトバルブを用いた投射型表示装置に適している。
【００７０】
（Ｐ６）  前記色分離用光学部材がダイクロイックミラーであることを特徴とする上記（Ｐ１）〜（Ｐ５）のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
（Ｐ７）  前記照明光学系が前記色分離用光学部材としてプリズムを含まないことを特徴とする上記（Ｐ１）〜（Ｐ６）のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
色分離用光学部材の具体例としては、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムが挙げられるが、ダイクロイックプリズムはダイクロイックミラーに比べて高価であり、しかも波長分離特性の入射角度依存性が大きいため上記色ムラの改善効果は小さい。ダイクロイックミラーはダイクロイックプリズムに比べて波長分離特性の入射角度依存性が小さいため、ダイクロイックミラーでテレセントリックな照明光の色分離を行うことにより、上記色ムラの改善効果を更に大きくすることができる。
【００７１】
（Ｐ８）  前記色分離用光学部材が、全体として照明光を３原色に対応した赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の各原色光に色分離することを特徴とする上記（Ｐ１）〜（Ｐ７）のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
（Ｐ９）  前記フィールドレンズのライトバルブ側に位置する色分離用光学部材が、テレセントリックな照明光を３原色に対応した赤（Ｒ）と緑（Ｇ）の各原色光に色分離することを特徴とする上記（Ｐ８）記載の投射型表示装置。比視感度の高い緑（Ｇ）と赤（Ｒ）を前記色分離用光学部材で分けることにより、上記色ムラの改善効果を更に大きくすることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ダイクロイックミラーにテレセントリックな照明光が入射する構成になっているので、色ムラの少ない均一性の高い高品質画像を表示することのできる製造容易な投射型表示装置を実現することができる。また、照明光がダイクロイックミラーに入射する前にテレセントリックな光束となる構成になっているので、部品点数の削減や部品の小型化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】投射型表示装置の第１の実施の形態を示す光学構成図。
【図２】第１の実施の形態における第２レンズアレイからライトバルブまでの概略光路を展開して示す光路図。
【図３】投射型表示装置の第２の実施の形態を示す光学構成図。
【図４】投射型表示装置の第３の実施の形態を示す光学構成図。
【図５】第３の実施の形態との比較のための投射型表示装置を示す光学構成図。
【図６】投射型表示装置の従来例を示す光学構成図。
【図７】図６の投射型表示装置におけるＰＢＳ系配置を示す模式図。
【図８】図６の投射型表示装置における第２レンズアレイからライトバルブまでの概略光路を展開して示す光路図。
【図９】ダイクロイックミラーの波長分離特性の一例を示すグラフ。
【図１０】投射型表示装置の他の従来例を示す光学構成図。
【符号の説明】
１    …光源
４ａ  …第１ダイクロイックミラー
４ｂ  …第２ダイクロイックミラー
６ａ，６ｂ，６ｓ  …フィールドレンズ（照明光をテレセントリックな光束にするためのレンズ）
７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ  …プレＰＢＳ
８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ  …メインＰＢＳ
９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ  …反射型のライトバルブ
１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ    …ポストＰＢＳ
１１  …クロスダイクロイックプリズム
２１  …第１ＰＢＳ
２２  …第２ＰＢＳ
２３  …第３ＰＢＳ
ＡＸ  …光軸
【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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【図１０】
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